富士電機(jī)電子設(shè)備技術(shù)的IGBT 技術(shù)從1988 年開始產(chǎn)品化，至今一直在市場(chǎng)上供應(yīng)。圖 1-3 中表現(xiàn)了從第一代到第五代IGBT 產(chǎn)品的開發(fā)過程以及運(yùn)用技術(shù)。第一代至第三代的IGBT 中運(yùn)用了外延片，通過優(yōu)化生命期控制和IGBT 的細(xì)微化技術(shù)，進(jìn)行了特性的改善。然后，第四代和第五代產(chǎn)品通過從外延片過渡為FZ（Floating Zone）晶片，實(shí)現(xiàn)了大幅度的特性改善。就此，IGBT 的設(shè)計(jì)方針與從前相比，發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變。
首先，運(yùn)用外延片的 IGBT（第三～第四代的600V 型為止的系列產(chǎn)品，被稱為“擊穿型”）的基本設(shè)計(jì)思想如下所述。IGBT 在導(dǎo)通時(shí)為了實(shí)現(xiàn)低通態(tài)電壓化，從集電極側(cè)注入大量的載流子，使IGBT 內(nèi)部充滿高濃度的載流子，再加上為維持高電壓而專門設(shè)置的n 緩沖層，形成很薄的n-層，從而實(shí)現(xiàn)低通態(tài)電壓。為了實(shí)現(xiàn)快速交換，也同時(shí)采用以IGBT 內(nèi)充滿的載流子快速消失為目的的生命期控制技術(shù)（通過這些也能實(shí)現(xiàn)低交換損耗（Eoff））。但是，一旦運(yùn)用了生命期控制技術(shù)，即使處于通常的導(dǎo)通狀態(tài)，由于該技術(shù)所產(chǎn)生的效果（載流子的輸送效率下降），出現(xiàn)了通態(tài)電壓增加的問題，而通過載流子的更進(jìn)一步高注入化可以解決這個(gè)問題。
總之，使用外延片技術(shù)的IGBT 的基本設(shè)計(jì)理念可以用“高注入、低輸送效率”簡(jiǎn)單扼要地概括出來。相對(duì)而言，使用FZ 晶片的IGBT（第四代1200V 以后的系列）采用了抑制來自集電極側(cè)載流子的注入，并通過降低注入效率來提高輸送效率的逆向基本設(shè)計(jì)。在前面所述的使用外延片的IGBT 的設(shè)計(jì)理念“高注入、低輸送效率”中，通過對(duì)生命期的控制，強(qiáng)制性地對(duì)好不容易注入的載流子進(jìn)行抑制，這不僅使特性的改善受到了限制，而且通過對(duì)生命期的控制使通態(tài)電壓特性的標(biāo)準(zhǔn)離差增大等問題，對(duì)于近年來要求日益提高的并列使用所需的大容量化等方面非常不利。為了攻破此難題而開發(fā)的技術(shù)就是運(yùn)用FZ 晶片的新IGBT（NPT：Non Punch Through（從第四代IGBT 使用）/FS：Field Stop（從第五代IGBT 使用）—IGBT）。該IGBT 不采用生命期控制，其基本的設(shè)計(jì)思想是通過對(duì)集電極（p+層）的不純物質(zhì)濃度進(jìn)行控制，從而抑制載流子的注入效率。然而，要實(shí)現(xiàn)優(yōu)于采用外延片的IGBT 的特性，對(duì)于1200V 的耐高壓系列IGBT 也要求能夠?qū)崿F(xiàn)一百數(shù)十μm 的超薄型產(chǎn)品（使用了FZ 晶片的NPT 和FS-IGBT 中n-層的厚度≒芯片（晶片）的厚度，該厚度越薄越能產(chǎn)生低通態(tài)電壓）?？傊?，將運(yùn)用FZ 晶片IGBT 的開發(fā)稱為對(duì)芯片厚度的挑戰(zhàn)一點(diǎn)也不過分。
富士電機(jī)電子設(shè)備技術(shù)解決了這些課題，從第四代的 1200V 系—IGBT 開始，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用FZ 晶片NPT 構(gòu)造的“S 系列”的產(chǎn)品化。并且，進(jìn)一步開發(fā)對(duì)厚薄度要求更高的600V 系列技術(shù)，目前正在進(jìn)行600V-U2系列（第五代）的產(chǎn)品化。此外，在1200V 系—第五代“U 系列”中，為了進(jìn)行更優(yōu)于S 系列的性能改善，已經(jīng)在將NPT 構(gòu)造改為FS 構(gòu)造。
所謂 FS 構(gòu)造，即不運(yùn)用生命期控制技術(shù)，在遵循載流子的“低注入、高輸送效率”的基本設(shè)計(jì)理念的同時(shí)，在FZ 晶片上設(shè)置用以維持電壓的n 緩沖層，從而實(shí)現(xiàn)比NPT 構(gòu)造更薄的IGBT 構(gòu)造。通過這種改變，
1200V 系—U 系列實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于S 系列的低通態(tài)電壓特性，并且完成了它的產(chǎn)品化。另外，此項(xiàng)技術(shù)還運(yùn)用在1700V 系的高耐壓系列中，目前也正在著手產(chǎn)品化。
圖 1-3 富士電機(jī)電子設(shè)備技術(shù)制IGBT應(yīng)用技術(shù)的變遷
另外，富士電機(jī)電子設(shè)備技術(shù)也同時(shí)在進(jìn)行著 IGBT 的特性改善所不可缺的表面構(gòu)造的細(xì)微化（IGBT 是由多個(gè)IGBT 板塊形成的，通過細(xì)微化處理，板塊數(shù)量越多越能實(shí)現(xiàn)低通態(tài)電壓）。到第四代產(chǎn)品為止一直是運(yùn)用平面型構(gòu)造（平面型制作IGBT 的構(gòu)造）來推進(jìn)細(xì)微化，從而進(jìn)行特性改善的。但是，從第五代產(chǎn)品-1200、1700V 系列開始，通過開發(fā)和運(yùn)用在Si 表面開槽并構(gòu)成IGBT 的溝槽IGBT 技術(shù)，打破了細(xì)微化的技術(shù)屏障，實(shí)現(xiàn)了前所未有的特性改善。圖 1-4 為1200V 系列的特性改善的變遷情況。
圖 1-4 平衡特性的改善