8 英寸绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 关键技术研究学习资料.pdf

Research Electronic Engineering—Article 8 英寸绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 关键技术研究 * 刘国友， 丁荣军， 罗海辉 摘要：基于 8 英寸绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 生产线的建设， 导致目前国内95 % 以上的IGBT产品依赖进口。究其原 重点解决了 8 英寸 IGBT 先进工艺技术、第四代高压双扩散金 20 80 IGBT 因，一方面是由于我国在 世纪 年代对 技术没 属氧化物半导体 (DMOS+) IGBT 技术和第五代沟槽栅 IGBT 技 有足够重视，导致研发起步较晚、技术积累薄弱，与国 术等关键技术问题，实现了高压 IGBT 芯片制造从 6 英寸到 8 外主流公司相比有20~30年的技术差距；另一方面则是 英寸的技术突破，自主开发的 1600 A/1.7 kV 与 1500 A/3.3 kV 由于我国缺乏完整的IGBT产业链，长期以来基础研究 IGBT 模块已经被成功制造并通过考核，现已应用于轨道交通牵 与产品研发投入不足，导致IGBT芯片设计与制造等关 引系统。 键技术一直难以取得突破。 本文概括了IGBT技术的发展脉络和主要技术特征， 关键词：绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) ，高功率密度，沟槽栅， 介绍了中国中车股份有限公司 ( 以下简称“中国中车”) 株 8 英寸，轨道交通 8 IGBT 洲电力机车研究所有限公司 英寸 生产线的先进工 艺技术开发情况和IGBT器件关键技术研究进展。基于该 1 引言 工艺平台笔者开发了1.7 kV和3.3 kV IGBT和快恢复二极 管 (FRD) 芯片，采用这些芯片封装的高功率密度模块已 20 50 自 世纪 年代以来，半导体产业技术逐渐向以集 经通过各项测试验证并装车考核。 成电路为代表的微电子技术和以大功率半导体分立器件 ( ) 包括功率半导体器件 为主的电力电子技术两大方向发展 2 IGBT 技术的发展 [1]。前者犹如大脑用于处理信息流，后者犹如心脏用于处 理能量流，二者紧密结合实现能量的高效利用。随着半导 从器件结构上来看，IGBT是一种由双极型晶体管 体材料与微电子加工技术的发展与成熟，以绝缘栅双极型 (BJT) 和金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 组 (IGBT) 1 N IGBT 晶体管 为代表的第三代功率半导体器件逐渐成为 成的混合型功率半导体器件。如图 所示， 沟道 的 MOSFET p [8, 9] 电力电子器件领域的主流产品，开启了功率半导体器件的 结构类似功率 在纵向增加一个 型层 。当