一、IGBT是什么時候發明的

IGBT全稱叫絕緣(yuan)柵(zha)雙極型晶(jing)體(ti)管，是一種復合(he)型結構器件，它是20世紀80年代(dai)發(fa)明的(de)，發(fa)明者(zhe)是B?賈(jia)揚(yang)?巴利加。

在(zai)20世(shi)紀5、60年代(dai)發展起(qi)(qi)來的(de)(de)雙(shuang)極性(xing)器(qi)(qi)(qi)件，通(tong)(tong)態電(dian)阻(zu)(zu)很(hen)小，電(dian)流控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)、控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)路(lu)等復(fu)雜且功(gong)耗(hao)大。隨(sui)后發展起(qi)(qi)來的(de)(de)單極性(xing)器(qi)(qi)(qi)件，通(tong)(tong)態電(dian)阻(zu)(zu)很(hen)大，電(dian)壓控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)、控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)路(lu)簡(jian)(jian)單且功(gong)耗(hao)小。例如功(gong)率(lv)雙(shuang)極晶體管技術(shu)的(de)(de)問題是厚(hou)P-基區(qu)減(jian)小電(dian)流增(zeng)益(yi)，小于10；驅動電(dian)路(lu)貴而復(fu)雜；保護的(de)(de)吸收電(dian)路(lu)增(zeng)加了額外成(cheng)本。而功(gong)率(lv)MOSFET技術(shu)的(de)(de)問題是厚(hou)的(de)(de)N-漂移區(qu)增(zeng)加了導(dao)通(tong)(tong)電(dian)阻(zu)(zu)。這兩類器(qi)(qi)(qi)件都不能令人滿意，這時(shi)業界就向往著(zhu)有一種新(xin)的(de)(de)功(gong)率(lv)器(qi)(qi)(qi)件，能同時(shi)具(ju)有簡(jian)(jian)單的(de)(de)開關控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)路(lu)，以降低(di)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)路(lu)功(gong)能與(yu)制(zhi)(zhi)(zhi)造成(cheng)本，以及很(hen)低(di)的(de)(de)通(tong)(tong)態電(dian)壓，以減(jian)少(shao)器(qi)(qi)(qi)件自身的(de)(de)功(gong)耗(hao)。這就是IGBT誕生(sheng)的(de)(de)背景(jing)。

1980年前后，IGBT被B?賈(jia)揚?巴利加提出，到了1985年前后，第一款高品(pin)(pin)質器件成功試制(zhi)了樣品(pin)(pin)，并很快(kuai)在(zai)照明(ming)、家(jia)電(dian)控制(zhi)、醫療等產品(pin)(pin)中使用，經過幾十年的持續(xu)應用和不斷改進(jin)，IGBT現在(zai)已成為電(dian)子電(dian)力領域中最重(zhong)要的功率開關器件之一。

二、IGBT發展到第幾代了

自20世紀80年代(dai)(dai)發展至今，IGBT 芯(xin)片經(jing)歷了7代(dai)(dai)技術(shu)及工藝的(de)(de)升級，但(dan)現在市場上應用比較廣泛的(de)(de)還是第(di)4代(dai)(dai)的(de)(de)IGBT。

1、第一代：平面柵+穿通（PT）

出現時(shi)間：1988年。PT是最初代(dai)的IGBT，使(shi)用重摻雜的P+襯底作(zuo)為起始(shi)層(ceng)，在此之上依(yi)次生長N+buffer，N-base外延，最后在外延層(ceng)表面形成元胞(bao)結構。工(gong)藝復雜，成本高，飽和壓降呈負溫度系數(shu)，不利于并聯，在80年代(dai)后期逐漸被NPT取(qu)代(dai)，目前(qian)IGBT產(chan)品已不使(shi)用PT技(ji)術(shu)。

2、第二代平面柵+非穿通（NPT）

出現時(shi)間(jian)：1997年。NPT與(yu)PT不同在于(yu)(yu)，它使用(yong)低(di)摻(chan)雜的(de)(de)N-襯底作為(wei)起(qi)始層，先在N-漂(piao)(piao)移區(qu)的(de)(de)正面(mian)(mian)做成(cheng)MOS結構(gou)，然后用(yong)研磨減薄工(gong)藝從(cong)背面(mian)(mian)減薄到IGBT電(dian)壓(ya)(ya)規格(ge)需要(yao)的(de)(de)厚(hou)度，再從(cong)背面(mian)(mian)用(yong)離子注入工(gong)藝形成(cheng)P+collector。在截止時(shi)電(dian)場(chang)沒有(you)貫穿N-漂(piao)(piao)移區(qu)，NPT不需要(yao)載流(liu)子壽命控制，但它的(de)(de)缺點在于(yu)(yu)，如果需要(yao)更(geng)(geng)高的(de)(de)電(dian)壓(ya)(ya)阻斷能力，勢必需要(yao)電(dian)阻率(lv)更(geng)(geng)高且更(geng)(geng)厚(hou)的(de)(de)N-漂(piao)(piao)移層，這(zhe)意味著飽(bao)和導通電(dian)壓(ya)(ya)Vce(sat)也(ye)會隨之上升(sheng)，從(cong)而(er)大幅(fu)增加器件的(de)(de)損(sun)耗與(yu)溫(wen)升(sheng)。

3、第三代：溝槽柵+場截止（Trench+FS）

出現時間：2001年。溝(gou)槽型IGBT中，電子溝(gou)道垂直于硅片表面(mian)，消除(chu)了JFET結構，增加了表面(mian)溝(gou)道密度，提高近表面(mian)載流子濃度，從而使(shi)性能更加優化。得(de)益于場截(jie)止以及溝(gou)槽型元胞，IGBT3的通態壓(ya)降更低，工作(zuo)結溫125℃較2代沒(mei)有太大(da)提升，開關性能優化。

4、第四代：溝槽柵+場截止（Trench+FS）

出現時(shi)間：2007年。IGBT4是(shi)目(mu)前使(shi)用最(zui)廣(guang)泛的IGBT 芯(xin)片技(ji)術，電壓包含600V，1200V，1700V，電流從(cong)10A到3600A。4代較3代優化(hua)了(le)背面(mian)結構，漂移(yi)區厚度更(geng)薄(bo)，背面(mian)P發射(she)極及(ji)Nbuffer的摻雜濃度及(ji)發射(she)效率都有優化(hua)。同時(shi)，最(zui)高(gao)允許(xu)工(gong)作結溫(wen)從(cong)第(di)3代的125℃提高(gao)到了(le)150℃增加(jia)了(le)器件的輸(shu)出電流能力。

5、第五代：溝槽柵+場截止+表面覆銅（Trench+FS）

出現時間：2013年。第五代IGBT使用厚(hou)銅代替了鋁，銅的通(tong)流能力及(ji)熱容(rong)都遠遠優于鋁，因此IGBT5允(yun)許更高的工作(zuo)結溫及(ji)輸出電流。同時芯片結構(gou)經過優化，芯片厚(hou)度進一步(bu)減小。

6、第六代：溝槽柵+場截止（Trench+FS）

出現時(shi)間：2017年。6代(dai)是4代(dai)的(de)優(you)化，器件結構(gou)和(he)IGBT4類(lei)似，但是優(you)化了背(bei)面P+注入，從而得到了新(xin)的(de)折衷曲(qu)線(xian)。IGBT6目前只在(zai)單管中有應用。

7、第七代：微溝槽柵+場截止（MicroPatternTrench）

出(chu)現時(shi)間：2018年。IGBT7溝道密度(du)更(geng)高(gao)，元(yuan)胞間距也經過(guo)精心設計，并且(qie)優化了寄生電容參數，從而實(shi)現5kv/us下的(de)最佳(jia)開(kai)關性能(neng)。IGBT7Vce（sat）相比(bi)IGBT4降低20%，可實(shi)現最高(gao)175℃的(de)暫態工(gong)作結溫。