igbt是誰發明的
IGBT絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,以下是學習啦小編為你整理的igbt是誰發明的,希望能幫到你。
一、發展歷史
1979年,MOS柵功率開關器件作為IGBT概念的先驅即已被介紹到世間。這種器件表現為一個類晶閘管的結構(P-N-P-N四層組成),其特點是通過強堿濕法刻蝕工藝形成了V形槽柵。
80年代初期,用于功率MOSFET制造技術的DMOS(雙擴散形成的金屬-氧化物-半導體)工藝被采用到IGBT中來。[2]在那個時候,硅芯片的結構是一種較厚的NPT(非穿通)型設計。后來,通過采用PT(穿通)型結構的方法得到了在參數折衷方面的一個顯著改進,這是隨著硅片上外延的技術進步,以及采用對應給定阻斷電壓所設計的n+緩沖層而進展的[3]。幾年當中,這種在采用PT設計的外延片上制備的DMOS平面柵結構,其設計規則從5微米先進到3微米。
90年代中期,溝槽柵結構又返回到一種新概念的IGBT,它是采用從大規模集成(LSI)工藝借鑒來的硅干法刻蝕技術實現的新刻蝕工藝,但仍然是穿通(PT)型芯片結構。[4]在這種溝槽結構中,實現了在通態電壓和關斷時間之間折衷的更重要的改進。
硅芯片的重直結構也得到了急劇的轉變,先是采用非穿通(NPT)結構,繼而變化成弱穿通(LPT)結構,這就使安全工作區(SOA)得到同表面柵結構演變類似的改善。
這次從穿通(PT)型技術先進到非穿通(NPT)型技術,是最基本的,也是很重大的概念變化。這就是:穿通(PT)技術會有比較高的載流子注入系數,而由于它要求對少數載流子壽命進行控制致使其輸運效率變壞。另一方面,非穿通(NPT)技術則是基于不對少子壽命進行殺傷而有很好的輸運效率,不過其載流子注入系數卻比較低。進而言之,非穿通(NPT)技術又被軟穿通(LPT)技術所代替,它類似于某些人所謂的"軟穿通"(SPT)或"電場截止"(FS)型技術,這使得"成本-性能"的綜合效果得到進一步改善。
1996年,CSTBT(載流子儲存的溝槽柵雙極晶體管)使第5代IGBT模塊得以實現[6],它采用了弱穿通(LPT)芯片結構,又采用了更先進的寬元胞間距的設計。目前,包括一種"反向阻斷型"(逆阻型)功能或一種"反向導通型"(逆導型)功能的IGBT器件的新概念正在進行研究,以求得進一步優化。
IGBT功率模塊采用IC驅動,各種驅動保護電路,高性能IGBT芯片,新型封裝技術,從復合功率模塊PIM發展到智能功率模塊IPM、電力電子積木PEBB、電力模塊IPEM。PIM向高壓大電流發展,其產品水平為1200-1800A/1800-3300V,IPM除用于變頻調速外,600A/2000V的IPM已用于電力機車VVVF逆變器。平面低電感封裝技術是大電流IGBT模塊為有源器件的PEBB,用于艦艇上的導彈發射裝置。IPEM采用共燒瓷片多芯片模塊技術組裝PEBB,大大降低電路接線電感,提高系統效率,現已開發成功第二代IPEM,其中所有的無源元件以埋層方式掩埋在襯底中。智能化、模塊化成為IGBT發展熱點。
現在,大電流高電壓的IGBT已模塊化,它的驅動電路除上面介紹的由分立元件構成之外,現在已制造出集成化的IGBT專用驅動電路.其性能更好,整機的可靠性更高及體積更小。
二、研發進展
IGBT(絕緣柵雙極晶體管)作為新型電力半導體場控自關斷器件,集功率MOSFET的高速性能與雙極性器件的低電阻于一體,具有輸進阻抗高,電壓控制功耗低,控制電路簡單,耐高壓,承受電流大等特性,在各種電力變換中獲得極廣泛的應用。與此同時,各大半導體生產廠商不斷開發IGBT的高耐壓、大電流、高速、低飽和壓降、高可靠、低本錢技術,主要采用1um以下制作工藝,研制開發取得一些新進展。
1、低功率IGBT
IGBT應用范圍一般都在600V、1KA、1KHz以上區域,為滿足家電行業的發展需求,摩托羅拉、ST半導體、三菱等公司推出低功率IGBT產品,實用于家電行業的微波爐、洗衣機、電磁灶、電子整流器、照相機等產品的應用。
2、U-IGBT
U(溝槽結構)--IGBT是在管芯上刻槽,芯片元胞內部形成溝槽式柵極。采用溝道結構后,可進一步縮小元胞尺寸,減少溝道電阻,進步電流密度,制造相同額定電流而芯片尺寸最少的產品。現有多家公司生產各種U-IGBT產品,適用低電壓驅動、表面貼裝的要求。
3、NPT-IGBT
NPT(非穿通型)--IGBT采用薄硅片技術,以離子注進發射區代替高復雜、高本錢的厚層高阻外延,可降低生產本錢25%左右,耐壓越高本錢差越大,在性能上更具有特色,高速、低損耗、正溫度系數,無鎖定效應,在設計600-1200V的IGBT時,NPT-IGBT可靠性最高。西門子公司可提供600V、1200V、1700V系列產品和6500V高壓IGBT,并推出低飽和壓降DLC型NPT-IGBT,依克賽斯、哈里斯、英特西爾、東芝等公司也相繼研制出NPT-IGBT及其模塊系列,富士電機、摩托羅拉等在研制之中,NPT型正成為IGBT發展方向。
4、SDB--IGBT
鑒于目前廠家對IGBT的開發非常重視,三星、快捷等公司采用SDB(硅片直接鍵合)技術,在IC生產線上制作第四代高速IGBT及模塊系列產品,特點為高速,低飽和壓降,低拖尾電流,正溫度系數易于并聯,在600V和1200V電壓范圍性能優良,分為UF、RUF兩大系統。
5、超快速IGBT
國際整流器IR公司的研發重點在于減少IGBT的拖尾效應,使其能快速關斷,研制的超快速IGBT可最大限度地減少拖尾效應,關斷時間不超過2000ns,采用特殊高能照射分層技術,關斷時間可在100ns以下,拖尾更短,重點產品專為電機控制而設計,現有6種型號,另可用在大功率電源變換器中。
6、IGBT/FRD
IR公司在IGBT基礎上推出兩款結合FRD(快速恢復二極管)的新型器件,IGBT/FRD有效結合,將轉換狀態的損耗減少20%,采用TO-247外型封裝,額定規格為1200V、25、50、75、100A,用于電機驅動和功率轉換,以IGBT及FRD為基礎的新技術便于器件并聯,在多芯片模塊中實現更均勻的溫度,進步整體可靠性。
7、IGBT功率模塊
IGBT功率模塊采用IC驅動,各種驅動保護電路,高性能IGBT芯片,新型封裝技術,從復合功率模塊PIM發展到智能功率模塊IPM、電力電子積木PEBB、電力模塊IPEM。PIM向高壓大電流發展,其產品水平為1200-1800A/1800-3300V,IPM除用于變頻調速外,600A/2000V的IPM已用于電力機車VVVF逆變器。平面低電感封裝技術是大電流IGBT模塊為有源器件的PEBB,用于艦艇上的導彈發射裝置。IPEM采用共燒瓷片多芯片模塊技術組裝PEBB,大大降低電路接線電感,進步系統效率,現已開發成功第二代IPEM,其中所有的無源元件以埋層方式掩埋在襯底中。智能化、模塊化成為IGBT發展熱門。
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