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IGBT核心技术及人才缺失 工艺技术缺乏

作者:时间:2009-12-17来源:中国电子报 收藏

  新型电力半导体的代表,的产业化在我国还属空白。无论技术、设备还是人才,我国都处于全方位的落后状态。应当认识到,电力半导体和集成电路在国民经济发展中地位同样重要,因此,政府应该对产业予以大力扶持。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/101490.htm

  众所周知,电力电子技术可以提高用电效率,改善用电质量,是节省能源的王牌技术。当今以绝缘栅双极晶体管()为代表的新型电力半导体是高频电力电子线路和控制系统的核心开关元器件,它的性能参数将直接决定着电力电子系统的效率和可靠性。IGBT已成为新型电力半导体器件的代表性器件,对大功率高频电力电子装置和系统的技术发展起着十分重要的推动作用。

  认识不足导致IGBT受冷落

  IGBT的产业化在我国还属空白。虽然国家在“八五”和“九五”期间分别立项支持了IGBT的研发和产业化,但是由于各种客观原因,这些攻关的成果只是做出了技术样品,而没能把技术样品变为工程产品并且实现产业化生产。

  很长时间以来,在半导体行业中有相当一部分人认为我们国家已掌握了0.15微米、8英寸的集成电路技术,IGBT的0.5微米、6英寸的技术应没有太大难度。事实上它们的差别在于:集成电路的技术难点在于拓扑结构及版图设计,其生产工艺较为规范化和标准化,只要版图设计好了,在一条常规的线宽合适的IC流水线上流片应不会有太大的问题;而IGBT正好相反,其设计技术相对而言不太复杂,但由于其大电流、高电压、高频和高可靠的要求,加工工艺十分特殊和复杂。目前,全国还没有一条较完备的IC工艺线可以从头到尾完成IGBT的生产。另外,对于不同电压等级和频率范围的IGBT,其主要工艺也有较大差异,从而增加了IGBT生产的特殊性和复杂性。

  我国的IGBT器件之所以没能最终实现产业化还有一个重要原因是缺少产业化的技术经验和人才。随着近几年来海归派回国创业,这一状况在某种程度上得到了改善。此外,国内高校和研究机构的兴趣大多转移到SiC和GaN宽禁带半导体器件及电源管理芯片方向,目前国内只有两三家高校及院所还在进行与IGBT器件相关的研发,并且主要限于计算机仿真研究。这就导致了我国在IGBT设计和研发方面的人才奇缺。

  缺少核心产业化技术

  IC的电热学特点是电流小、电压低、对散热没有太高要求,因此,IC的工艺特点是浅结、薄膜和片厚。而IGBT正好相反,其特点是电流大、电压高和频率高,因此对散热的要求非常高,这样,就必然导致IGBT的工艺特点是结深、膜厚和片薄。另外,应用系统对IGBT器件的可靠性要求也很高。

  为了实现大电流,IGBT采用了多原胞并联技术,每个原胞的开通和关断性能要求高度一致,因此,要求IGBT的工艺一致性也很高。而且,为了尽量减少IGBT的并联个数,希望IGBT在有源区面积一定的情况下其电流容量越大越好,即器件的电流密度越高越好。

  为了实现高电压,在IGBT芯片上采用了高压终端技术及钝化技术。终端的面积约占IGBT芯片总面积的20%。另外,有些应用场合还需将几个IGBT进行串联以满足耐压要求,IGBT的串联技术必须考虑动态均压问题,从而对IGBT的工艺和参数控制的一致性要求也较高。为了提高器件的工作频率,需要对IGBT漂移区厚度、结构、少子寿命及集电极发射效率进行精确的控制。为了提高散热效率,除了尽可能地降低器件的通态和开关损耗之外,还需要对IGBT芯片进行减薄。另外,IGBT的材料和工艺对其散热效率的影响也很明显。

  针对上述IGBT器件的特点,国内缺少此类器件的产业化设计、生产、和可靠性试验等一套完整的技术。即使有些部门掌握了部分技术,但也不系统、不完整。而国外公司在IGBT的产业化技术方面对我国还是实行严密的封锁政策。这就严重制约了IGBT器件在我国的产业化发展。


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