PT與NPT結(jié)構(gòu)與原理對(duì)比

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)、新能源、智慧照明、智慧交通等行業(yè)的快速發(fā)展，新型功能器件的節(jié)能功效越來(lái)越受重視，尤以IGBT為代表的快充技術(shù)更被視作未來(lái)十年的發(fā)展趨勢(shì)。特別是中美貿(mào)易摩擦?xí)r期，中國(guó)國(guó)內(nèi)IGBT廠商將面臨前所未有的機(jī)遇。

1．PT-IGBT

所謂PT（Punch Through，穿通型），是指電場(chǎng)穿透了N-漂移區(qū)（圖1中③），電子與空穴的主要匯合點(diǎn)在N一區(qū)［圖1（c）］。

NPT在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的時(shí)間（1982 年）要早于PT（1985），但技術(shù)上的原因使得PT規(guī)模商用化的時(shí)間比NPT早，所以第1代IGBT產(chǎn)品以PT型為主。

PT-IGBT很好地解決了IGBT的閂鎖問(wèn)題，但是需要增加外延層厚度，技術(shù)復(fù)雜，成本也高。IGBT芯片中的外延層與電壓規(guī)格是直接相關(guān)的，電壓規(guī)格越高、外延層越厚，IZOOV、2000V的PT-IGBT外延層厚度分別達(dá)到了100μm和200μm。

2．NPT-IGBT

所謂NPT（Non-Punch Through，非穿通），是指電場(chǎng)沒(méi)有穿透N-漂移區(qū)，構(gòu)如圖3所示。NPT的基本技術(shù)原理是取消N十緩沖區(qū)（圖1中的④），直接在集電區(qū)（圖1中的⑤）注入空間電荷形成高阻區(qū)，電子與空穴的主要匯合點(diǎn)換成了P十集電區(qū)。這項(xiàng)技術(shù)又被稱(chēng)為離子注入法、離子摻雜工藝。

3．PT-IGBT與NPT-IGBT生產(chǎn)工藝與技術(shù)性的區(qū)別

PT與NPT型IGBT是目前的主流產(chǎn)品類(lèi)型，600V 電壓規(guī)格的IGBT基本上是PT型，600v以下則全是PT型。二者在生產(chǎn)工藝與技術(shù)性能上的差別參見(jiàn)表 1。

項(xiàng)目PT-IGBT芯片NPT-IGBT芯片

生產(chǎn)工藝與芯片結(jié)構(gòu)原料f單晶硅）低電阻率的P+單晶硅（生成P+背發(fā)射區(qū)）高電阻率的N-單晶硅（生成N-漂移區(qū)）

外延工藝需要不需要MOS結(jié)構(gòu)在外延層中在單晶硅中芯片減薄工藝基本不需要（為了保證電壓規(guī)格）需要（有利于提高性能）

離子注入工藝不需要（P+背發(fā)射區(qū)已經(jīng)生成）需要（生成P+背發(fā)射區(qū)）

高能離子輻照工藝需要（中子、電子等）（目的是提高開(kāi)關(guān)速度）不需要成本100%約75&技術(shù)指標(biāo)與性能飽和壓降低，負(fù)溫度系數(shù)高，正溫度系數(shù)

開(kāi)關(guān)功耗低高

關(guān)斷功耗高，收溫度的影響大低，受溫度的影響小關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)（飽和壓降指標(biāo)相同時(shí)）短（飽和壓降指標(biāo)相同時(shí)）

拖尾電流短，受溫度的影響大長(zhǎng)，受溫度的影響小

閂鎖易出現(xiàn)，抗短路能力弱不易出現(xiàn)，抗短路能力強(qiáng)

雪崩擊穿抗雪崩擊穿能力低抗雪崩擊穿能力高并聯(lián)復(fù)雜，飽和壓降指標(biāo)需要配對(duì)容易，飽和壓降指標(biāo)不一定需要配對(duì)

PT與NPT生產(chǎn)工藝的區(qū)別如下：

·PT-IGBT芯片的生產(chǎn)從集電區(qū)（P+背發(fā)射區(qū)）開(kāi)始，先在單 晶 硅的背面生成低摻雜的P+發(fā)射區(qū)，然后用外延工藝在單晶硅的正面依次生成N十緩沖區(qū)、MOS結(jié)構(gòu)。

·NPT-IGBT芯片的生產(chǎn)從基區(qū)（N-漂移區(qū)）開(kāi)始，先在N型單 晶 硅的正面生成MOs結(jié)構(gòu)，然后用研磨減薄工藝從背面減薄到 IGBT 電壓規(guī)格需要 L的厚度，再?gòu)谋趁嬗秒x子注入工藝生成集電區(qū)。