一、IGBT是什么時候發明的

IGBT全(quan)稱叫(jiao)絕緣柵雙極型(xing)晶體管，是一種復合型(xing)結構器件，它是20世紀(ji)80年代(dai)發明的，發明者(zhe)是B?賈(jia)揚(yang)?巴(ba)利加。

在20世紀5、60年(nian)代發展起(qi)來的(de)(de)雙極(ji)(ji)性(xing)器(qi)件(jian)，通(tong)態電(dian)阻很(hen)小(xiao)(xiao)，電(dian)流(liu)控制(zhi)(zhi)、控制(zhi)(zhi)電(dian)路等復(fu)雜(za)且(qie)功(gong)(gong)(gong)耗(hao)(hao)大(da)。隨后發展起(qi)來的(de)(de)單極(ji)(ji)性(xing)器(qi)件(jian)，通(tong)態電(dian)阻很(hen)大(da)，電(dian)壓(ya)控制(zhi)(zhi)、控制(zhi)(zhi)電(dian)路簡(jian)(jian)單且(qie)功(gong)(gong)(gong)耗(hao)(hao)小(xiao)(xiao)。例如功(gong)(gong)(gong)率雙極(ji)(ji)晶體管技術(shu)的(de)(de)問題是厚P-基區減小(xiao)(xiao)電(dian)流(liu)增(zeng)益，小(xiao)(xiao)于10；驅動電(dian)路貴而復(fu)雜(za)；保(bao)護的(de)(de)吸收電(dian)路增(zeng)加了額外成(cheng)本(ben)。而功(gong)(gong)(gong)率MOSFET技術(shu)的(de)(de)問題是厚的(de)(de)N-漂移區增(zeng)加了導(dao)通(tong)電(dian)阻。這(zhe)兩類器(qi)件(jian)都不能令人滿(man)意，這(zhe)時業界就向往著有一種(zhong)新(xin)的(de)(de)功(gong)(gong)(gong)率器(qi)件(jian)，能同時具有簡(jian)(jian)單的(de)(de)開關控制(zhi)(zhi)電(dian)路，以降低控制(zhi)(zhi)電(dian)路功(gong)(gong)(gong)能與制(zhi)(zhi)造成(cheng)本(ben)，以及很(hen)低的(de)(de)通(tong)態電(dian)壓(ya)，以減少器(qi)件(jian)自身的(de)(de)功(gong)(gong)(gong)耗(hao)(hao)。這(zhe)就是IGBT誕(dan)生(sheng)的(de)(de)背景(jing)。

1980年前后，IGBT被B?賈揚?巴利(li)加提出，到(dao)了1985年前后，第一款高品(pin)質器件成功(gong)試制了樣(yang)品(pin)，并很(hen)快(kuai)在(zai)照明、家(jia)電控制、醫療等產品(pin)中使(shi)用，經過幾十年的(de)持續應用和不(bu)斷改進，IGBT現在(zai)已(yi)成為電子電力領域(yu)中最重要的(de)功(gong)率開(kai)關器件之一。

二、IGBT發展到第幾代了

自20世紀80年代(dai)(dai)發(fa)展至(zhi)今，IGBT 芯片經歷了(le)7代(dai)(dai)技術及工藝的(de)升級(ji)，但現在市場上應用比較廣泛的(de)還(huan)是第4代(dai)(dai)的(de)IGBT。

1、第一代：平面柵+穿通（PT）

出現時(shi)間：1988年(nian)。PT是最(zui)初代(dai)的IGBT，使用重摻雜的P+襯底(di)作(zuo)為起始層(ceng)，在此之(zhi)上依(yi)次生長(chang)N+buffer，N-base外延，最(zui)后在外延層(ceng)表面形成元(yuan)胞結構(gou)。工藝(yi)復雜，成本高，飽和壓降(jiang)呈負溫度系數，不利于(yu)并聯(lian)，在80年(nian)代(dai)后期逐漸被NPT取代(dai)，目前IGBT產品(pin)已不使用PT技術。

2、第二代平面柵+非穿通（NPT）

出(chu)現(xian)時間：1997年。NPT與(yu)PT不同在(zai)(zai)于，它(ta)使用(yong)低摻雜的(de)(de)N-襯底作為起始層(ceng)，先在(zai)(zai)N-漂移區的(de)(de)正面做成MOS結構，然后(hou)用(yong)研磨減薄工藝(yi)(yi)從(cong)背面減薄到IGBT電(dian)(dian)(dian)壓規格(ge)需要的(de)(de)厚度(du)，再從(cong)背面用(yong)離(li)子注入(ru)工藝(yi)(yi)形(xing)成P+collector。在(zai)(zai)截止時電(dian)(dian)(dian)場(chang)沒有貫穿(chuan)N-漂移區，NPT不需要載(zai)流(liu)子壽命(ming)控制，但它(ta)的(de)(de)缺點在(zai)(zai)于，如(ru)果需要更高的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓阻斷能力(li)，勢必需要電(dian)(dian)(dian)阻率(lv)更高且更厚的(de)(de)N-漂移層(ceng)，這意(yi)味著飽和導通(tong)電(dian)(dian)(dian)壓Vce(sat)也會隨(sui)之上(shang)升，從(cong)而大幅增加(jia)器件的(de)(de)損耗與(yu)溫升。

3、第三代：溝槽柵+場截止（Trench+FS）

出現時間：2001年(nian)。溝槽(cao)型IGBT中，電子(zi)溝道垂直(zhi)于(yu)硅片(pian)表面，消除了(le)JFET結構，增加了(le)表面溝道密度，提高(gao)近表面載流子(zi)濃度，從(cong)而使性能(neng)更(geng)加優化(hua)。得益于(yu)場(chang)截(jie)止以及溝槽(cao)型元胞，IGBT3的通態(tai)壓降更(geng)低，工作結溫125℃較(jiao)2代沒有太大提升，開關性能(neng)優化(hua)。

4、第四代：溝槽柵+場截止（Trench+FS）

出現時間(jian)：2007年。IGBT4是目前使用最廣泛的IGBT 芯片技(ji)術，電壓包含600V，1200V，1700V，電流從10A到3600A。4代(dai)較3代(dai)優(you)化(hua)了(le)背面結構，漂移區厚度(du)更薄，背面P發(fa)射(she)極及Nbuffer的摻雜濃度(du)及發(fa)射(she)效率都有優(you)化(hua)。同(tong)時，最高(gao)允許(xu)工作結溫從第3代(dai)的125℃提高(gao)到了(le)150℃增加了(le)器(qi)件的輸出電流能力。

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使用厚銅代替了(le)鋁，銅的(de)通流能力及(ji)熱容都遠遠優(you)于鋁，因此IGBT5允許(xu)更高的(de)工作(zuo)結溫及(ji)輸出(chu)電流。同時芯(xin)片(pian)結構經過(guo)優(you)化，芯(xin)片(pian)厚度進一步減小。

6、第六代：溝槽柵+場截止（Trench+FS）

出現時間：2017年(nian)。6代是(shi)(shi)4代的優化，器件結構(gou)和IGBT4類似，但是(shi)(shi)優化了背面P+注入(ru)，從而得到了新(xin)的折(zhe)衷曲(qu)線。IGBT6目(mu)前只在(zai)單管中有(you)應用。

7、第七代：微溝槽柵+場截止（MicroPatternTrench）

出現時(shi)間：2018年。IGBT7溝道密度(du)更高，元胞間距(ju)也經過(guo)精心設計，并(bing)且優化了寄生電容參數，從而(er)實(shi)現5kv/us下的最佳(jia)開關性(xing)能。IGBT7Vce（sat）相比IGBT4降低20%，可實(shi)現最高175℃的暫態工作結溫(wen)。