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

　　第一代—CZ（Czochralski，直拉）晶片（異質(zhì)外延片）平面柵PT型（PunchThough，穿通）型，采用異質(zhì)雙外延在DMOS工藝基礎(chǔ)上制得；

　　第二代—CZ晶片（異質(zhì)外延片）精細(xì)結(jié)構(gòu)平面柵PT型；

　　第三代—CZ晶片（異質(zhì)外延片）槽柵（TrenchGate）PT型；

　　第四代—FZ（Float-Zone，區(qū)熔）晶片平面柵NPT（NonPunchThough，非穿通）型；

　　第五代—FZ晶片槽柵電場(chǎng)截止（FieldStop：FS或弱穿通LightPunch-Through：LPT）型，包含CSTBC（CarrierStoredTrenchgateBipolarTransistor）結(jié)構(gòu)，同時(shí)也包括逆導(dǎo)（ReverseConducting：RC）、逆阻（ReverseBlocking：RB）型結(jié)構(gòu)IGBT。

　　第六代—第五代基礎(chǔ)上有更薄的硅片，更精細(xì)的元胞結(jié)構(gòu)。

　　未來IGBT將繼續(xù)向精細(xì)圖形、槽柵結(jié)構(gòu)、載流子注入增強(qiáng)和薄片加工工藝發(fā)展，其中薄片加工工藝極具挑戰(zhàn)（Infineon公司2011年已經(jīng)展示其8英寸、40m厚的IGBT芯片）。同時(shí)，電網(wǎng)等應(yīng)用的壓接式IGBT、更多的集成也是IGBT的發(fā)展方向，如從中低功率向高功率發(fā)展的RC-IGBT。

　　除硅基IGBT外，SiC材料已被用于IGBT的研制，2007年，Purdu大學(xué)研制了阻斷電壓高達(dá)20kV的SiCP-IGBT，同年Cree公司也報(bào)道了12kV的SiCN-IGBT，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10-20kV的SiCIGBT。隨著SiC材料生長(zhǎng)技術(shù)的進(jìn)一步完善，SiCIGBT將走向?qū)嵱谩?/P>

　　國(guó)內(nèi)在“八五”科技攻關(guān)中即安排了IGBT研發(fā)，但長(zhǎng)期以來只有樣品沒有產(chǎn)品，只有IGBT模塊生產(chǎn)，沒有IGBT芯片國(guó)產(chǎn)化。近兩年，我國(guó)IGBT產(chǎn)業(yè)在國(guó)家政策及重大項(xiàng)目的推動(dòng)及市場(chǎng)牽引下得到了迅速發(fā)展，呈現(xiàn)出大尺寸FZ單晶材料、IGBT芯片工藝和IGBT模塊封裝技術(shù)全面蓬勃發(fā)展的大好局面。天津中環(huán)半導(dǎo)體股份有限公司研制的6英寸FZ單晶材料已批量應(yīng)用，在國(guó)家“02”科技重大專項(xiàng)的推動(dòng)下，8英寸FZ單晶材料已取得重大突破；電磁灶用1200VNPT型IGBT已由多家企業(yè)（江蘇東光、華潤(rùn)華晶、山東科達(dá)等）批量供貨，這標(biāo)志著我國(guó)國(guó)產(chǎn)IGBT芯片打破了國(guó)外一統(tǒng)天下的局面；華潤(rùn)上華和華虹NEC基于6英寸和8英寸的平面型和溝槽型600V、1200V、1700V、2500V和3300VIGBT芯片已研制成功，正進(jìn)行可靠性考核或部分進(jìn)入量產(chǎn)；4500V和6500VIGBT芯片研制也在積極推進(jìn)中；杭州士蘭微基于全部自身芯片（IGBT、FRD、高壓DriverIC）的IPM模塊已研發(fā)成功正進(jìn)入用戶考核；封裝技術(shù)取得重大進(jìn)展。株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司的IGBT功率模塊已在國(guó)內(nèi)地鐵及機(jī)車上裝車運(yùn)行，產(chǎn)品性能等同于國(guó)外產(chǎn)品。株洲南車在建立海外功率半導(dǎo)體研發(fā)中心的同時(shí)，正在湖南建設(shè)大功率IGBT產(chǎn)業(yè)化基地，在擴(kuò)展IGBT模塊封裝線的基礎(chǔ)上，建設(shè)8英寸IGBT芯片生產(chǎn)線。中國(guó)北車集團(tuán)屬下的西安永電電氣有限責(zé)任公司在國(guó)家“02”科技重大專項(xiàng)“高壓大功率IGBT模塊封裝技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目中研制的6500V/600AIGBT功率模塊已成功下線，使企業(yè)成為世界第四個(gè)、國(guó)內(nèi)第一個(gè)能夠封裝6500V以上電壓等級(jí)IGBT的廠家。此外，江蘇宏微的IGBT模塊已成功進(jìn)入電焊機(jī)市場(chǎng)，浙江嘉興斯達(dá)的IGBT模塊正積極向國(guó)外市場(chǎng)推廣。雖然國(guó)內(nèi)IGBT行業(yè)近年來取得了重大進(jìn)展，但我們必須清醒地看到，國(guó)內(nèi)IGBT行業(yè)與國(guó)外相比還存在巨大差距，主要是芯片生產(chǎn)技術(shù)上，在量大面廣的400V-600V薄片F(xiàn)S（場(chǎng)阻）結(jié)構(gòu)IGBT芯片生產(chǎn)、高可靠高性能IGBT芯片技術(shù)、壓接式IGBT功率模塊生產(chǎn)技術(shù)等領(lǐng)域我們與國(guó)際先進(jìn)水平還有較大差距。

　　4.SiCJFET、SiCSIT及硅基GaN開關(guān)器件

　　作為沒有肖特基接觸和MOS界面的單極器件JFET，由于采用p-n結(jié)柵極，避免了SiCMOSFET存在的低反型層溝道遷移率和SiO2層可靠性低的問題。SiCJFET功率開關(guān)已成為SiC單極器件的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，美國(guó)Rutgers大學(xué)報(bào)道的常關(guān)型Ti-VJFET器件的阻斷電壓已達(dá)到11kV，比導(dǎo)通電阻130m.cm2，品質(zhì)因子930MW/cm2。美國(guó)SemiSouth公司已商業(yè)推出從650V-1700V的系列SiCJFET產(chǎn)品。

　　靜電感應(yīng)晶體管（Staticinductiontransistors，SIT）是一種由pn結(jié)柵或肖特基結(jié)柵控制的多子導(dǎo)電器件，除了應(yīng)用在微波功率器件的低頻領(lǐng)域（UHF－C波段）外，SiCSIT是市場(chǎng)上第一款SiC功率開關(guān)器件。該SiCSIT器件耐壓為1200V，導(dǎo)通電阻為12m.cm2。

　　GaN材料具有3倍硅的禁帶寬度、10倍硅的臨界擊穿電場(chǎng)和2.5倍硅的飽和漂移速度，特別是基于GaN的AlGaN/GaN結(jié)構(gòu)具有更高的電子遷移率，使得GaN器件具有低導(dǎo)通電阻、高工作頻率，能滿足下一代電子裝備對(duì)功率器件更大功率、更高頻率、更小體積和更惡劣高溫工作的要求。近年來，隨著GaN材料在光電器件領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，加速了GaN材料的發(fā)展，特別是大直徑硅襯底GaN外延生長(zhǎng)技術(shù)的進(jìn)步以及逐步商