功率半导体的技术与未来产业发展-第4页-北极星电力新闻网

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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和MOS界面的单极器件JFET，由于采用p-n结栅极，避免了SiCMOSFET存在的低反型层沟道迁移率和SiO2层可靠性低的问题。SiCJFET功率开关已成为SiC单极器件的热点研究领域，美国Rutgers大学报道的常关型Ti-VJFET器件的阻断电压已达到11kV，比导通电阻130m.cm2，品质因子930MW/cm2。美国SemiSouth公司已商业推出从650V-1700V的系列SiCJFET产品。

静电感应晶体管（Staticinductiontransistors，SIT）是一种由pn结栅或肖特基结栅控制的多子导电器件，除了应用在微波功率器件的低频领域（UHF－C波段）外，SiCSIT是市场上第一款SiC功率开关器件。该SiCSIT器件耐压为1200V，导通电阻为12m.cm2。

GaN材料具有3倍硅的禁带宽度、10倍硅的临界击穿电场和2.5倍硅的饱和漂移速度，特别是基于GaN的AlGaN/GaN结构具有更高的电子迁移率，使得GaN器件具有低导通电阻、高工作频率，能满足下一代电子装备对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣高温工作的要求。近年来，随着GaN材料在光电器件领域的广泛应用，加速了GaN材料的发展，特别是大直径硅衬底GaN外延生长技术的进步以及逐步商业化，使得GaN具有更低廉的成本价格，有力地促进了GaN功率半导体器件的发展。

目前，基于GaN的功率开关器件主要包括AlGaN/GaNHEMT（HFET）、GaN基MOSFET和MIS-HEMT等结构。其中，AlGaN/GaNHEMT具有工艺简单、技术成熟、优良的正向导通特性和高的工作频率等优点，成为GaN功率开关器件中最受关注的结构。

众所周知，基于AlGaN/GaN结构的晶体管是耗尽型（常开型）器件，而具有正阈值电压的增强型（常关型）功率开关器件能够确保功率电子系统的安全性、降低系统成本和复杂性等，是功率系统中的首选器件。因此，对于AlGaN/GaNHEMT器件而言，增强型HEMT器件实现技术也是研究者们极其关注的问题。目前国际上多采用超薄AlGaN层、凹槽栅、P型栅和氟离子注入等方法实现增强型导电沟道。

目前基于6英寸硅基GaN平台，IR公司和EPC公司分别推出了30V和100V/200V的GaN场效应电力电子器件，600V-900VGaN器件在近期也将推向市场。以欧洲微电子研究中心为代表的研发机构正开展8英寸硅基GaN电力电子器件研究。

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