浅谈功率半导体的技术与未来产业发展

填充技术成功实现了SJ功率MOSFET，击穿电压达到750V，部分动态参数优于国外同类产品。该成果打破了国内在SJ结构的制备和SJ器件的实用化研究方面的空白，同时也成为国际上首家8英寸SJ功率MOSFET代工平台。目前上海华虹NEC的SJ功率MOSFET平台已基本成熟，已有国内外十余家企业在其平台上逐步量产产品。

　　3.IGBT

　　IGBT自1980年代发明后很快走入市场并取得巨大成功。IGBT电压应用领域从370V到6500V，是中高功率应用的主流开关器件。2010年全球IGBT市场销售额较2009年增长56%，达到32亿美元，占整个功率半导体市场份额10%。

　　随着研发人员对IGBT器件物理的深入理解和微电子工艺的进步，IGBT正向导通时漂移区非平衡载流子浓度分布控制以及关断时快速抽取的所谓"集电极工程"、表面电子浓度增强的"栅工程"、IGBT芯片内含续流二极管功能的逆导型IGBT，以及短路安全工作区和压接式封装等方面不断取得进展，各大公司不时宣布自己研制生产的IGBT进入了第X代。总体而言，可以把IGBT的演变归纳为以下六代。

　　第一代—CZ（Czochralski，直拉）晶片（异质外延片）平面栅PT型（PunchThough，穿通）型，采用异质双外延在DMOS工艺基础上制得；

　　第二代—CZ晶片（异质外延片）精细结构平面栅PT型；

　　第三代—CZ晶片（异质外延片）槽栅（TrenchGate）PT型；

　　第四代—FZ（Float-Zone，区熔）晶片平面栅NPT（NonPunchThough，非穿通）型；

　　第五代—FZ晶片槽栅电场截止（FieldStop：FS或弱穿通LightPunch-Through：LPT）型，包含CSTBC（CarrierStoredTrenchgateBipolarTransistor）结构，同时也包括逆导（ReverseConducting：RC）、逆阻（ReverseBlocking：RB）型结构IGBT。

　　第六代—第五代基础上有更薄的硅片，更精细的元胞结构。

　　未来IGBT将继续向精细图形、槽栅结构、载流子注入增强和薄片加工工艺发展，其中薄片加工工艺极具挑战（Infineon公司2011年已经展示其8英寸、40m厚的IGBT芯片）。同时，电网等应用的压接式IGBT、更多的集成也是IGBT的发展方向，如从中低功率向高功率发展的RC-IGBT。

　　除硅基IGBT外，SiC材料已被用于IGBT的研制，2007年，Purdu大学研制了阻断电压高达20kV的SiCP-IGBT，同年Cree公司也报道了12kV的SiCN-IGBT，美国DARPA高功率电子器件应用计划－HPE的目标之一就是研制10-20kV的SiCIGBT。随着SiC材料生长技术的进一步完善，SiCIGBT将走向实用。

　　国内在"八五"科技攻关中即安排了IGBT研发，但长期以来只有样品没有产品，只有IGBT模块生产，没有IGBT芯片国产化。近两年，我国IGBT产业在国家政策及重大项目的推动及市场牵引下得到了迅速发展，呈现出大尺寸FZ单晶材料、IGBT芯片工艺和IGBT模块封装技术全面蓬勃发展的大好局面。天津中环半导体股份有限公司研制的6英寸FZ单晶材料已批量应用，在国家"02"科技重大专项的推动下，8英寸FZ单晶材料已取得重大突破；电磁灶用1200VNPT型IGBT已由多家企业（江苏东光、华润华晶、山东科达等）批量供货，这标志着我国国产IGBT芯片打破了国外一统天下的局面；华润上华和华虹NEC基于6英寸和8英寸的平面型和沟槽型600V、1200V、1700V、2500V和3300VIGBT芯片已研制成功，正进行可靠性考核或部分进入量产；4500V和6500VIGBT芯片研制也在积极推进中；杭州士兰微基于全部自身芯片（IGBT、FRD、高压DriverIC）的IPM模块已研发成功正进入用户考核；封装技术取得重大进展。株洲南车时代电气股份有限公司的IGBT功率模块已在国内地铁及机车上装车运行，产品性能等同于国外产品。株洲南车在建立海外功率半导体研发中心的同时，正在湖南建设大功率IGBT产业化基地，在扩展IGBT模块封装线的基础上，建设8英寸IGBT芯片生产线。中国北车集团属下的西安永电电气有限责任公司在国家"02"科技重大专项"高压大功率IGBT模块封装技术开发及产业化"项目中研制的6500V/600AIGBT功率模块已成功下线，使企业成为世界第四个、国内第一个能够封装6500V以上电压等级IGBT的厂家。此外，江苏宏微的IGBT模块已成功进入电焊机市场，浙江嘉兴斯达的IGBT模块正积极向国外市场推广。虽然国内IGBT行业近年来取得了重大进展，但我们必须清醒地看到，国内IGBT行业与国外相比还存在巨大差距，主要是芯片生产技术上，在量大面广的400V-600V薄片FS（场阻）结构IGBT芯片生产、高可靠高性能IGBT芯片技术、压接式IGBT功率模块生产技术等领域我们与国际先进水平还有较大差距。

　　4.SiCJFET、SiCSIT及硅基GaN开关器件

作为没有肖特基接触