淺談功率半導(dǎo)體的技術(shù)與未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展（二）

　　國(guó)內(nèi)有眾多廠商在生產(chǎn)硅基功率BJT，如深圳深愛、華潤(rùn)華晶、吉林華微等，廣泛應(yīng)用于綠色照明、充電器等領(lǐng)域，在國(guó)際功率BJT領(lǐng)域占據(jù)較大份額。

　　2.功率MOSFET

　　功率MOSFET應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，是中小功率領(lǐng)域內(nèi)主流的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，是DC-DC轉(zhuǎn)換的核心電子器件，占據(jù)著功率半導(dǎo)體市場(chǎng)單類產(chǎn)品的最大份額（2010年市場(chǎng)銷售65億美元，占整個(gè)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)份額21%）。

　　功率MOSFET起源于1970年代推出的垂直V型槽MOSFET（VerticalV-grooveMOSFET：VVMOS），在VVMOS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以VDMOS為代表的多子導(dǎo)電的功率MOSFET顯著地減小了開關(guān)時(shí)間，同時(shí)利用了硅片自身的特性實(shí)現(xiàn)了縱向耐壓，沖破了電力電子系統(tǒng)中20kHz這一長(zhǎng)期被認(rèn)為不可逾越的障礙。

　　功率MOSFET是一種功率場(chǎng)效應(yīng)器件，通常由多個(gè)MOSFET元胞（Cell）組成。目前功率MOSFET主要包括中高壓領(lǐng)域傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)平面柵功率MOS器件（VDMOS），中低壓領(lǐng)域高密度槽柵功率MOS，和近幾年發(fā)展迅速的超結(jié)（SJ：SuperJunction或Multi-RESURF或3DRESURF，電子科技大學(xué)陳星弼院士的專利中稱其為復(fù)合緩沖層：CompositeBufferLayer）功率MOS。

　　功率MOS是低壓

　　此外，在低壓功率MOS器件領(lǐng)域，美國(guó)TI公司結(jié)合RFLDMOS結(jié)構(gòu)的低柵電荷、電荷平衡機(jī)理的低導(dǎo)通電阻以及引入N＋Sinker所具有的雙面冷卻所研發(fā)的NextFETTM獲得了好的市場(chǎng)效果。

　　為開發(fā)高壓低功耗功率MOS，德國(guó)Infineon公司在1998年推出了基于超結(jié)的CoolMOS。由于采用新的耐壓層結(jié)構(gòu)，CoolMOS在保持功率MOS優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，有著極低的導(dǎo)通損耗。目前國(guó)際上已有包括Infineon、IR、Toshiba、Fairchild和我國(guó)華虹NEC等多家公司采用該結(jié)構(gòu)生產(chǎn)600V-900V低功耗功率MOS。

　　除硅基功率MOS外，新材料也不斷應(yīng)用于功率MOS的發(fā)展中，多種基于GaAs、SiC和GaN材料的功率MOS已研制成功。美國(guó)DARPA高功率電子器件應(yīng)用計(jì)劃－HPE的目標(biāo)之一就是研制10kV的SiCMOSFET。2011年1月，繼日本Rohm公司首次在市場(chǎng)上推出SiC功率MOS以后，美國(guó)Cree公司也推出了1200V的SiCMOSFET產(chǎn)品。內(nèi)置SiC-SBD與SiC-MOSFET的“全SiC”功率模塊（額定1200V/100A）也首次由日本Rohm公司量產(chǎn)。

　　國(guó)內(nèi)從1980年代即開始功率MOS研發(fā)，但直到2003年才由紹興華越開始VDMOS量產(chǎn)，和由華虹NEC為境外客戶代工槽柵功率MOS。近年來，國(guó)內(nèi)功率MOS產(chǎn)業(yè)取得了飛速發(fā)展，已開始逐漸取代國(guó)外產(chǎn)品，江蘇東光、深圳深愛、吉林華微、華潤(rùn)華晶、華潤(rùn)上華、杭州士蘭微（600460，股吧）、重慶渝德、華虹NEC、上海宏力等一大批4－8英寸生產(chǎn)線均在批量生產(chǎn)功率MOS芯片，也產(chǎn)生了南方芯源、無錫新潔能、成都方舟等一批以功率MOS為主營(yíng)業(yè)務(wù)的專業(yè)設(shè)計(jì)公司。但國(guó)內(nèi)功率MOS的主流產(chǎn)品還是以平面柵功率MOS（VDMOS）為主，在專利保護(hù)眾多、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、市場(chǎng)份額最大的低壓槽柵功率MOS領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)雖有涉足，但多以代工為主，缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的高端產(chǎn)品。

　　國(guó)內(nèi)針對(duì)SJ結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和國(guó)際同步，電子科技大學(xué)等單位對(duì)SJ結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量而卓有成效的研究。SJ結(jié)構(gòu)國(guó)際學(xué)術(shù)界認(rèn)同的原始專利來源之一是我國(guó)的陳星弼院士，但是受限于工藝條件，國(guó)內(nèi)在SJ結(jié)構(gòu)的制備技術(shù)和器件開發(fā)上長(zhǎng)期未獲進(jìn)展。2009年底，上海華虹NEC和電子科技大學(xué)合作，采用深槽刻蝕和外延填充技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了SJ功率MOSFET，擊穿電壓達(dá)到750V，部分動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品。該成果打破了國(guó)內(nèi)在SJ結(jié)構(gòu)的制備和SJ器件的實(shí)用化研究方面的空白，同時(shí)也成為國(guó)際上首家8英寸SJ功率MOSFET代工平臺(tái)。目前上海華虹NEC的SJ功率MOSFET平臺(tái)已基本成熟，已有國(guó)內(nèi)外十余家企業(yè)在其平臺(tái)上逐步量產(chǎn)產(chǎn)品。

　　3.IGBT

　　IGBT自1980年代發(fā)明后很快走入市場(chǎng)并取得巨大成功。IGBT電壓應(yīng)用領(lǐng)域從370V到6500V，是中高功率應(yīng)用的主流開關(guān)器件。2010年全球IGBT市場(chǎng)銷售額較2009年增長(zhǎng)56%，達(dá)到32億美元，占整個(gè)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)份額10%。

　　隨著研發(fā)人員對(duì)IGBT器件物理的深入理解和微電子工藝的進(jìn)步，IGBT正向?qū)〞r(shí)漂移區(qū)非平衡載流子濃度分布控制以及關(guān)斷時(shí)快速抽取的所謂“集電極工程”、表面電子濃度增強(qiáng)的“柵工程”、IGBT芯