一、IGBT技術(shù)發(fā)展歷史

從20世紀(jì)80年代至今，IGBT芯片經(jīng)歷了7代升級(jí)，從平面穿通型(PT)到溝槽型電場(chǎng)-截止型(FS-Trench)，芯片面積、工藝線寬、通態(tài)飽和壓降、關(guān)斷時(shí)間、功率損耗等各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)歷了不斷的優(yōu)化，斷態(tài)電壓也從600V提高到6500V以上。目前市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的仍是IGBT第4代工藝產(chǎn)品。IGBT技術(shù)的整體發(fā)展趨勢(shì)是大電流、高電壓、低損耗、高頻率、功能集成化、高可靠性。

第一代:平面柵+穿通PT

第二代:平面柵+非穿通(NPT)

第三代:溝槽柵+場(chǎng)截止 (Trench+FS)

第四代:溝槽柵+場(chǎng)截上(Trench+FS)

第五代:溝槽柵+場(chǎng)截止+表面覆銅(Trench+FS)

第六代:溝槽柵+場(chǎng)截止(Trench+FS)

第七代:微溝槽柵+場(chǎng)截止(Micro PatternTrench)

芯片技術(shù)

PT 是最初代的 IGBT，工藝復(fù)雜，成本高，飽和壓降呈負(fù)溫度系數(shù)，不利于并聯(lián)，在 80 年代后期逐漸被NPT 取代，目前所有的 IGBT 產(chǎn)品均不使用PT 技術(shù)

采用精細(xì)平面柵結(jié)構(gòu)，增加一個(gè)“緩沖層”，在相同的擊穿電壓下實(shí)現(xiàn)了更薄的晶片厚度，從而降低了IGBT 導(dǎo)通電阻，降低了 IGBT 工作過程中的損耗提高了 IGBT 的耐壓程度。

采用 Trench 結(jié)構(gòu)，通過挖槽工藝去掉柵極下面的JFET 區(qū)，把溝道從表面變到垂直面，基區(qū)的 PIN 效應(yīng)增強(qiáng)，柵極附近載流子濃度增大，提高了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)減小了導(dǎo)通電阻，有效降低導(dǎo)通壓降及導(dǎo)通損耗。

4 代較 3 代優(yōu)化了背面結(jié)構(gòu)，漂移區(qū)厚度更薄，背面P發(fā)射極及  buffer 的摻雜濃度及發(fā)射效率都有優(yōu)化。

表面金屬化材料使用厚銅代替了鋁，因此 IGBT5 允許更高的工作結(jié)溫及輸出電流(提升 30%)。同時(shí)芯片結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化，芯片厚度進(jìn)一步減小。

是在第五代基礎(chǔ)上改進(jìn)溝槽柵結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增加芯片的電流導(dǎo)通能力，優(yōu)化芯片內(nèi)的載流子濃度和分布，減小了芯片的綜合損耗。

IGBT7 溝道密度更高，元胞間距也經(jīng)過精心設(shè)計(jì),并且優(yōu)化了寄生電容參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn) 5kv/us 下的最佳開關(guān)性能。

二、IGBT市場(chǎng)規(guī)模及競(jìng)爭(zhēng)情況

1. IGBT全球市場(chǎng)規(guī)模近年來，全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模保持連年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，根據(jù)Markets and markets數(shù)據(jù)，全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模從2012年的32億美元增長(zhǎng)至2021年的70.9億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為6.6%，2021年，全球IGBT的市場(chǎng)規(guī)模為70.9億美元，同比增長(zhǎng)6.6%。