PT與NPT結構與原理對比

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車、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)能功效越來越受重視，尤以IGBT為代表的快充技術更被視作未來十年的發(fā)展趨勢。特別是中美貿(mào)易摩擦時期，中國國內(nèi)IGBT廠商將面臨前所未有的機遇。

1．PT-IGBT

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

NPT在實驗室實現(xiàn)的時間（1982 年）要早于PT（1985），但技術上的原因使得PT規(guī)模商用化的時間比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的閂鎖問題，但是需要增加外延層厚度，技術復雜，成本也高。IGBT芯片中的外延層與電壓規(guī)格是直接相關的，電壓規(guī)格越高、外延層越厚，IZOOV、2000V的PT-IGBT外延層厚度分別達到了100μm和200μm。

2．NPT-IGBT

所謂NPT（Non-Punch Through，非穿通），是指電場沒有穿透N-漂移區(qū)，構如圖3所示。NPT的基本技術原理是取消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換成了P十集電區(qū)。這項技術又被稱為離子注入法、離子摻雜工藝。

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

PT與NPT型IGBT是目前的主流產(chǎn)品類型，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)工藝與技術性能上的差別參見表 1。

項目PT-IGBT芯片NPT-IGBT芯片

生產(chǎn)工藝與芯片結構原料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結構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）（目的是提高開關速度）不需要成本100%約75&技術指標與性能飽和壓降低，負溫度系數(shù)高，正溫度系數(shù)

開關功耗低高

關斷功耗高，收溫度的影響大低，受溫度的影響小關斷時間長（飽和壓降指標相同時）短（飽和壓降指標相同時）

拖尾電流短，受溫度的影響大長，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

雪崩擊穿抗雪崩擊穿能力低抗雪崩擊穿能力高并聯(lián)復雜，飽和壓降指標需要配對容易，飽和壓降指標不一定需要配對

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結構。

·NPT-IGBT芯片的生產(chǎn)從基區(qū)（N-漂移區(qū)）開始，先在N型單 晶 硅的正面生成MOs結構，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，再從背面用離子注入工藝生成集電區(qū)。