浅谈功率半导体的技术与未来产业发展（二）

半导体市场份额21%）。

　　功率MOSFET起源于1970年代推出的垂直V型槽MOSFET（VerticalV-grooveMOSFET：VVMOS），在VVMOS基础上发展起来的以VDMOS为代表的多子导电的功率MOSFET显著地减小了开关时间，同时利用了硅片自身的特性实现了纵向耐压，冲破了电力电子系统中20kHz这一长期被认为不可逾越的障碍。

　　功率MOSFET是一种功率场效应器件，通常由多个MOSFET元胞（Cell）组成。目前功率MOSFET主要包括中高压领域传统结构平面栅功率MOS器件（VDMOS），中低压领域高密度槽栅功率MOS，和近几年发展迅速的超结（SJ：SuperJunction或Multi-RESURF或3DRESURF，电子科技大学陈星弼院士的专利中称其为复合缓冲层：CompositeBufferLayer）功率MOS。

　　功率MOS是低压

　　此外，在低压功率MOS器件领域，美国TI公司结合RFLDMOS结构的低栅电荷、电荷平衡机理的低导通电阻以及引入N＋Sinker所具有的双面冷却所研发的NextFETTM获得了好的市场效果。

　　为开发高压低功耗功率MOS，德国Infineon公司在1998年推出了基于超结的CoolMOS。由于采用新的耐压层结构，CoolMOS在保持功率MOS优点的同时，有着极低的导通损耗。目前国际上已有包括Infineon、IR、Toshiba、Fairchild和我国华虹NEC等多家公司采用该结构生产600V-900V低功耗功率MOS。

　　除硅基功率MOS外，新材料也不断应用于功率MOS的发展中，多种基于GaAs、SiC和GaN材料的功率MOS已研制成功。美国DARPA高功率电子器件应用计划－HPE的目标之一就是研制10kV的SiCMOSFET。2011年1月，继日本Rohm公司首次在市场上推出SiC功率MOS以后，美国Cree公司也推出了1200V的SiCMOSFET产品。内置SiC-SBD与SiC-MOSFET的“全SiC”功率模块（额定1200V/100A）也首次由日本Rohm公司量产。

　　国内从1980年代即开始功率MOS研发，但直到2003年才由绍兴华越开始VDMOS量产，和由华虹NEC为境外客户代工槽栅功率MOS。近年来，国内功率MOS产业取得了飞速发展，已开始逐渐取代国外产品，江苏东光、深圳深爱、吉林华微、华润华晶、华润上华、杭州士兰微（600460，股吧）、重庆渝德、华虹NEC、上海宏力等一大批4－8英寸生产线均在批量生产功率MOS芯片，也产生了南方芯源、无锡新洁能、成都方舟等一批以功率MOS为主营业务的专业设计公司。但国内功率MOS的主流产品还是以平面栅功率MOS（VDMOS）为主，在专利保护众多、市场竞争激烈、市场份额最大的低压槽栅功率MOS领域，国内虽有涉足，但多以代工为主，缺乏具有自主知识产权和市场竞争力的高端产品。

　　国内针对SJ结构的设计和国际同步，电子科技大学等单位对SJ结构进行了大量而卓有成效的研究。SJ结构国际学术界认同的原始专利来源之一是我国的陈星弼院士，但是受限于工艺条件，国内在SJ结构的制备技术和器件开发上长期未获进展。2009年底，上海华虹NEC和电子科技大学合作，采用深槽刻蚀和外延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