女人自慰AV免费观看内涵网,日韩国产剧情在线观看网址,神马电影网特片网,最新一级电影欧美,在线观看亚洲欧美日韩,黄色视频在线播放免费观看,ABO涨奶期羡澄,第一导航fulione,美女主播操b

0
  • 聊天消息
  • 系統消息
  • 評論與回復
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學習在線課程
  • 觀看技術視頻
  • 寫文章/發帖/加入社區
會員中心
創作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領取20積分哦,立即完善>

3天內不再提示

IGBT的演進歷程:從起源到現狀的全面探索

電源聯盟 ? 來源:電源聯盟 ? 2025-02-18 10:59 ? 次閱讀

一文了解IGBT的前世今生

引言

1fffa472-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

200fab4c-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

1、何為IGBT?

20223b4a-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

20372654-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

2、傳統的功率MOSFET

為了等一下便于理解IGBT,我還是先講下Power MOSFET的結構。所謂功率MOS就是要承受大功率,換言之也就是高電壓、大電流。我們結合一般的低壓MOSFET來講解如何改變結構實現高壓、大電流。

204b922e-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

1)高電壓:一般的MOSFET如果Drain的高電壓,很容易導致器件擊穿,而一般擊穿通道就是器件的另外三端(S/G/B),所以要解決高壓問題必須堵死這三端。Gate端只能靠場氧墊在Gate下面隔離與漏的距離(Field-Plate),而Bulk端的PN結擊穿只能靠降低PN結兩邊的濃度,而最討厭的是到Source端,它則需要一個長長的漂移區來作為漏極串聯電阻分壓,使得電壓都降在漂移區上就可以了。

2) 大電流:一般的MOSFET的溝道長度由Poly CD決定,而功率MOSFET的溝道是靠兩次擴散的結深差來控制,所以只要process穩定就可以做的很小,而且不受光刻精度的限制。而器件的電流取決于W/L,所以如果要獲得大電流,只需要提高W就可以了。

所以上面的Power MOSFET也叫作LDMOS (Lateral Double diffusion MOS)。雖然這樣的器件能夠實現大功率要求,可是它依然有它固有的缺點,由于它的源、柵、漏三端都在表面,所以漏極與源極需要拉的很長,太浪費芯片面積。而且由于器件在表面則器件與器件之間如果要并聯則復雜性增加而且需要隔離。所以后來發展了VDMOS(Vertical DMOS),把漏極統一放到Wafer背面去了,這樣漏極和源極的漂移區長度完全可以通過背面減薄來控制,而且這樣的結構更利于管子之間的并聯結構實現大功率化。但是在BCD的工藝中還是的利用LDMOS結構,為了與CMOS兼容。

再給大家講一下VDMOS的發展及演變吧,最早的VDMOS就是直接把LDMOS的Drain放到了背面通過背面減薄、Implant、金屬蒸發制作出來的(如下圖),他就是傳說中的Planar VDMOS,它和傳統的LDMOS比挑戰在于背面工藝。但是它的好處是正面的工藝與傳統CMOS工藝兼容,所以它還是有生命力的。但是這種結構的缺點在于它溝道是橫在表面的,面積利用率還是不夠高。

再后來為了克服Planar DMOS帶來的缺點,所以發展了VMOS和UMOS結構。他們的做法是在Wafer表面挖一個槽,把管子的溝道從原來的Planar變成了沿著槽壁的vertical,果然是個聰明的想法。但是一個餡餅總是會搭配一個陷阱(IC制造總是在不斷trade-off),這樣的結構天生的缺點是槽太深容易電場集中而導致擊穿,而且工藝難度和成本都很高,且槽的底部必須絕對rouding,否則很容易擊穿或者產生應力的晶格缺陷。但是它的優點是晶體數量比原來多很多,所以可以實現更多的晶體管并聯,比較適合低電壓大電流的application。

20626724-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

還有一個經典的東西叫做CoolMOS,大家自己google學習吧。他應該算是Power MOS撐電壓最高的了,可以到1000V。

3、IGBT的結構和原理

20736060-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

208304e8-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

從上面結構以及右邊的等效電路圖看出,它有兩個等效的BJT背靠背連接起來的,它其實就是PNPN的Thyristor(晶閘管),這個東西不是我們刻意做的,而是結構生成的。我在5個月前有篇文章講Latch-up(http://ic-garden.cn/?p=511)就說了,這樣的結構最要命的東西就是栓鎖(Latch-up)。而控制Latch-up的關鍵就在于控制Rs,只要滿足α1+α2<1就可以了。

另外,這樣的結構好處是提高了電流驅動能力,但壞處是當器件關斷時,溝道很快關斷沒有了多子電流,可是Collector (Drain)端這邊還繼續有少子空穴注入,所以整個器件的電流需要慢慢才能關閉(拖尾電流, tailing current),影響了器件的關斷時間及工作頻率。這個可是開關器件的大忌啊,所以又引入了一個結構在P+與N-drift之間加入N+buffer層,這一層的作用就是讓器件在關斷的時候,從Collector端注入的空穴迅速在N+ buffer層就被復合掉提高關斷頻率,我們稱這種結構為PT-IGBT (Punch Through型),而原來沒有帶N+buffer的則為NPT-IGBT。

20940108-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

一般情況下,NPT-IGBT比PT-IGBT的Vce(sat)高,主要因為NPT是正溫度系數(P+襯底較薄空穴注入較少),而PT是負溫度系數(由于P襯底較厚所以空穴注入較多而導致的三極管基區調制效應明顯),而Vce(sat)決定了開關損耗(switch loss),所以如果需要同樣的Vce(sat),則NPT必須要增加drift厚度,所以Ron就增大了。

20a500d4-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

4、IGBT的制造工藝:

20b4b088-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

5、IGBT的新技術:

1) 場截止FS-IGBT:

不管PT還是NPT結構都不能最終滿足無限high power的要求,要做到high power,就必須要降低Vce(sat),也就是降低Ron。所以必須要降低N-drift厚度,可是這個N-drift厚度又受到截止狀態的電場約束(太薄了容易channel穿通)。所以如果要向降低drift厚度,必須要讓截止電場到溝道前提前降下來。所以需要在P+ injection layer與N-drift之間引入一個N+場截止層(Field Stop, FS),當IGBT處于關閉狀態,電場在截止層內迅速降低到0,達到終止的目的,所以我們就可以進一步降低N-drift厚度達到降低Ron和Vce了。而且這個結構和N+ buffer結構非常類似,所以它也有PT-IGBT的效果抑制關閉狀態下的tailing電流提高關閉速度。

20c90308-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.png

問題來了,這和PT-IGBT的N+ buffer差在哪里?其實之制作工藝不一樣。PT-IGBT是用兩層EPI做出來的,它是在P+ 襯底上長第一層~10um的N+ buffer,然后再長第二層~100um的N-Drift。這個cost很高?。《啾戎碌腇S-IGBT呢,是在NPT-IGBT的基礎上直接背面打入高濃度的N+截止層就好了,成本比較低,但是挑戰是更薄的厚度下如何實現不碎片。

20d818de-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

2) 陽極短接(SA: Shorted-Anode):

它的結構是N+集電極間歇插入P+集電極,這樣N+集電極直接接觸場截止層并用作PN二極管的陰極,而P+還繼續做它的FS-IGBT的集電極,它具有增強的電流特性且改變了成本結構,因為不需要共封裝反并聯二極管了。實驗證明,它可以提高飽和電流,降低飽和壓降(~12%)。

20ea76b4-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

6、IGBT的主要I-V特性:

20fd28b8-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

1) 第一代:他就是IGBT的雛形,最簡單的原理結構圖那種,所以他必須要提高N-drift來提高耐壓,所以導通電阻和關斷功耗都比較高,所以沒有普及使用。

2) 第二代:PT-IGBT,由于耗盡層不能穿透N+緩沖層,所以基區電場加強呈梯形分布,所以可以減小芯片厚度從而減小功耗。這主要是西門子公司1990~1995年的產品BSM150GB120DN1("DN1"就是第一代的意思)。它主要在600V上有優勢(類似GTR特性),到1200V的時候遇到外延厚度大成本高、且可靠性低的問題(摻雜濃度以及厚度的均勻性差)。

3)第三代:NPT-IGBT,不再采用外延技術,而是采用離子注入的技術來生成P+集電極(透明集電極技術),可以精準的控制結深而控制發射效率盡可能低,增快載流子抽取速度來降低關斷損耗,可以保持基區原有的載流子壽命而不會影響穩態功耗,同時具有正溫度系數特點,所以技術比較成熟在穩態損耗和關斷損耗間取得了很好的折中,所以被廣泛采用。代表公司依然是西門子公司率先采用FZ(區熔法)代替外延的批量產品,代表產品BSM200GB120DN2,VCE>1200V, Vce(sat)=2.1V。

4)第四代:Trench-IGBT,最大的改進是采用Trench結構,是的溝道從表面跑到了垂直面上,所以基區的PIN效應增強,柵極附近載流子濃度增大,從而提高了電導調制效應減小了導通電阻,同時由于溝道不在表面,所以消除了JFET效應,所以柵極密度增加不受限制,而且在第四代IGBT繼續沿用了第三代的集電極P+implant技術同時加入了第二代的PT技術作為場終止層,有效特高耐壓能力等。需要使用雙注入技術,難度較大。這個時候是英飛凌的時代了,Infineon的減薄技術世界第一,它的厚度在1200V的時候可以降低到120um~140um(NPT-IGBT需要200um),甚至在600V可以降低到70um。

5)第五代:FS-IGBT和第六代的FS-Trench,第五、第六代產品是在IGBT經歷了上述四次技術改進實踐后對各種技術措施的重新組合。第五代IGBT是第四代產品“透明集電區技術”與“電場中止技術”的組合。第六代產品是在第五代基礎上改進了溝槽柵結構,并以新的面貌出現。

210dbfd4-ed1d-11ef-9310-92fbcf53809c.jpg

目前我國的總體能源利用效率為33%左右,比發達國家低約10個百分點。當前我國節能工作面臨較大壓力。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
  • MOSFET
    +關注

    關注

    150

    文章

    8292

    瀏覽量

    218650
  • IGBT
    +關注

    關注

    1277

    文章

    4029

    瀏覽量

    253500

原文標題:工程師必讀:一文了解IGBT的前世今生

文章出處:【微信號:Power-union,微信公眾號:電源聯盟】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

收藏 人收藏

    評論

    相關推薦
    熱點推薦

    硅基時代的黃昏:為何SiC MOSFET全面淘汰IGBT?

    革命性替代:為何SiC MOSFET全面淘汰IGBT? —— 當效率差距跨越臨界點,IGBT被淘汰便是唯一結局 傾佳電子楊茜致力于推動國產SiC碳化硅模塊在電力電子應用中全面取代進口
    的頭像 發表于 05-30 16:24 ?187次閱讀
    硅基時代的黃昏:為何SiC MOSFET<b class='flag-5'>全面</b>淘汰<b class='flag-5'>IGBT</b>?

    2025被廣泛視為SiC碳化硅在電力電子應用中全面替代IGBT的元年

    2025年被廣泛視為碳化硅(SiC)器件在電力電子應用中全面替代IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的元年,在于國產SiC(碳化硅)單管和模塊價格首次低于進口IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)單管及模塊
    的頭像 發表于 03-07 09:17 ?569次閱讀
    2025被廣泛視為SiC碳化硅在電力電子應用中<b class='flag-5'>全面</b>替代<b class='flag-5'>IGBT</b>的元年

    IGBT模塊封裝中環氧樹脂技術的現狀與未來發展趨勢探析

    一、環氧樹脂在IGBT模塊封裝中的應用現狀 1. **核心應用場景與工藝** ? IGBT模塊封裝中,環氧樹脂主要通過灌封(Potting)和轉模成型(Molding)兩種工藝實現。 ? 灌封工藝
    的頭像 發表于 02-17 11:32 ?8513次閱讀

    儲能變流器PCS中碳化硅功率模塊全面取代IGBT模塊

    在儲能變流器(PCS)中,碳化硅(SiC)功率模塊全面取代傳統IGBT模塊的趨勢主要源于其顯著的技術優勢、成本效益以及系統級性能提升。SiC模塊在PCS中取代IGBT的核心邏輯在于:高頻高效降低系統
    的頭像 發表于 02-05 14:37 ?564次閱讀

    光伏產業的發展歷程:從萌芽蓬勃發展

    光伏產業的發展歷程充滿了挑戰與機遇,見證了人類對清潔能源的不懈追求。其起源可追溯 20 世紀 50 年代,貝爾實驗室成功研制出第一塊實用的硅基太陽能電池,雖然當時的轉換效率僅為 6%,但這一突破性
    的頭像 發表于 01-23 14:29 ?529次閱讀

    藍牙技術的發展歷程和工作原理

    你是否曾經想過,手機、耳機、鍵盤等設備之間是如何實現無線連接的?這一切都離不開一項重要的技術——藍牙。本文將帶你一起探索藍牙技術的發展歷程,了解這項技術如何從初代發展5.0版本,以及它在我們日常生活中的應用。
    的頭像 發表于 01-10 15:29 ?1743次閱讀

    大研智造 全面剖析焊錫機器人技術應用現狀及發展前景

    揮著關鍵作用。焊錫機器人的發展歷程見證了技術與產業需求的相互推動,從最初為應對勞動力短缺問題而誕生,如今成為高度智能化、多樣化的焊接解決方案,其發展涉及多個層面的技術創新和應用場景拓展。然而,在焊錫
    的頭像 發表于 11-07 14:46 ?551次閱讀
    大研智造 <b class='flag-5'>全面</b>剖析焊錫機器人技術應用<b class='flag-5'>現狀</b>及發展前景

    FWA產業的發展現狀演進方向

    近日,在2024 MBBF展會期間,全球FWA演進圓桌成功舉辦,吸引了超過80位來自全球的運營商、行業分析師及生態合作伙伴代表。會上,與會者分享了最新的FWA行業洞察與實踐,共同探討了FWA的當前發展和未來演進方向。
    的頭像 發表于 11-06 17:21 ?885次閱讀

    點焊機的起源和發展

    與制造的大規模化奠定了堅實的基礎。這不僅是技術進步的體現,更凝聚了人類智慧與創造力的結晶,標志著焊接行業向自動化、智能化方向邁進。以下是點焊機的起源和發展歷程的詳細梳理。
    的頭像 發表于 09-12 15:16 ?958次閱讀
    點焊機的<b class='flag-5'>起源</b>和發展

    請問如何建立MOS或IGBT模型TINA TI使用?

    請問如何建立MOS或IGBT模型TINA TI使用
    發表于 08-14 06:21

    NAND閃存的發展歷程

    NAND閃存的發展歷程是一段充滿創新與突破的歷程,它自誕生以來就不斷推動著存儲技術的進步。以下是對NAND閃存發展歷程的詳細梳理,將全面且深入地介紹其關鍵節點和重要進展。
    的頭像 發表于 08-10 16:32 ?2221次閱讀

    IGBT芯片與IGBT模塊有什么不同

    IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)芯片與IGBT模塊在電力電子領域中扮演著至關重要的角色,它們在結構、功能、應用及性能等方面存在顯著的差異。以下是對兩者區別的詳細探討,旨在全面而深入地解析這一話題。
    的頭像 發表于 08-08 09:37 ?2402次閱讀

    GPT的定義和演進歷程

    GPT,全稱Generative Pretrained Transformer,是OpenAI公司在自然語言處理(NLP)領域的一項重大創新。這一模型不僅推動了AI技術的邊界,還深刻影響了我們與機器交互的方式。本文將從GPT的定義、來源、演進歷程以及其在各個領域的應用和影
    的頭像 發表于 07-10 10:41 ?2854次閱讀

    藍牙傳輸技術的演進與發展

    們的生活和工作帶來了極大的便利。本文將對藍牙模塊技術的演進與發展進行綜述。 一、藍牙技術的起源與初期發展 藍牙技術起源于1994年,由瑞典的愛立信公司最先提出。當時的目的是為了解決移動電話、計算機以及其他設備之間的無線
    的頭像 發表于 07-05 17:56 ?1722次閱讀

    PLC的發展歷程

    可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡稱PLC)是工業自動化領域的重要設備,它的發展歷史可以追溯20世紀60年代。經過幾十年的不斷演進和創新,PLC已經從
    的頭像 發表于 06-14 10:15 ?4373次閱讀