淺談功率半導體的技術與未來產業(yè)發(fā)展（二）

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

　　第二代—CZ晶片（異質外延片）精細結構平面柵PT型；

　　第三代—CZ晶片（異質外延片）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晶片槽柵電場截止（FieldStop：FS或弱穿通LightPunch-Through：LPT）型，包含CSTBC（CarrierStoredTrenchgateBipolarTransistor）結構，同時也包括逆導（ReverseConducting：RC）、逆阻（ReverseBlocking：RB）型結構IGBT。

　　第六代—第五代基礎上有更薄的硅片，更精細的元胞結構。

　　未來IGBT將繼續(xù)向精細圖形、槽柵結構、載流子注入增強和薄片加工工藝發(fā)展，其中薄片加工工藝極具挑戰(zhàn)（Infineon公司2011年已經展示其8英寸、40m厚的IGBT芯片）。同時，電網等應用的壓接式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大學研制了阻斷電壓高達20kV的SiCP-IGBT，同年Cree公司也報道了12kV的SiCN-IGBT，美國DARPA高功率電子器件應用計劃－HPE的目標之一就是研制10-20kV的SiCIGBT。隨著SiC材料生長技術的進一步完善，SiCIGBT將走向實用。

　　國內在“八五”科技攻關中即安排了IGBT研發(fā)，但長期以來只有樣品沒有產品，只有IGBT模塊生產，沒有IGBT芯片國產化。近兩年，我國IGBT產業(yè)在國家政策及重大項目的推動及市場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模塊封裝技術全面蓬勃發(fā)展的大好局面。天津中環(huán)半導體股份有限公司研制的6英寸FZ單晶材料已批量應用，在國家“02”科技重大專項的推動下，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、華潤華晶、山東科達等）批量供貨，這標志著我國國產IGBT芯片打破了國外一統(tǒng)天下的局面；華潤上華和華虹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，正進行可靠性考核或部分進入量產；4500V和6500VIGBT芯片研制也在積極推進中；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)成功正進入用戶考核；封裝技術取得重大進展。株洲南車時代電氣股份有限公司的IGBT功率模塊已在國內地鐵及機車上裝車運行，產品性能等同于國外產品。株洲南車在建立海外功率半導體研發(fā)中心的同時，正在湖南建設大功率IGBT產業(yè)化基地，在擴展IGBT模塊封裝線的基礎上，建設8英寸IGBT芯片生產線。中國北車集團屬下的西安永電電氣有限責任公司在國家“02”科技重大專項“高壓大功率IGBT模塊封裝技術開發(fā)及產業(yè)化”項目中研制的6500V/600AIGBT功率模塊已成功下線，使企業(yè)成為世界第四個、國內第一個能夠封裝6500V以上電壓等級IGBT的廠家。此外，江蘇宏微的IGBT模塊已成功進入電焊機市場，浙江嘉興斯達的IGBT模塊正積極向國外市場推廣。雖然國內IGBT行業(yè)近年來取得了重大進展，但我們必須清醒地看到，國內IGBT行業(yè)與國外相比還存在巨大差距，主要是芯片生產技術上，在量大面廣的400V-600V薄片F(xiàn)S（場阻）結構IGBT芯片生產、高可靠高性能IGBT芯片技術、壓接式IGBT功率模塊生產技術等領域我們與國際先進水平還有較大差距。

　　4.SiCJFET、SiCSIT及硅基GaN開關器件

　　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功率開關已成為SiC單極器件的熱點研究領域，美國Rutgers大學報道的常關型Ti-VJFET器件的阻斷電壓已達到11kV，比導通電阻130m.cm2，品質因子930MW/cm2。美國SemiSouth公司已商業(yè)推出從650V-1700V的系列SiCJFET產品。

　　靜電感應晶體管（Staticinductiontransistors，SIT）是一種由pn結柵或肖特基結柵控制的多子導電器件，除了應用在微波功率器件的低頻領域（UHF－C波段）外，SiCSIT是市場上第一款SiC功率開關器件。該SiCSIT器件耐壓為1200V，導通電阻為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和2.5倍硅的飽和漂移速度，特別是基于GaN的AlGaN/GaN結構具有更高的電子遷移率，使得GaN器件具有低導通電阻、高工作頻率，能滿足下一代電子裝備對功率器件更大功率、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材料在光電器件領域的廣泛應用，加速了GaN材料的發(fā)展，特別是大直徑硅襯底GaN外延生長技術的進步以及逐步商