IGBT是一個壓控功率晶體管，你可以把它看作是CMOS晶體管的大功率版本。其特點是開關頻率高。主要用于家用，如變頻空調、電磁爐、微波爐、電腦電源的有源pfc、UPS等。工業應用主要用于各種電機驅動。功能上，IGBT是一個電路開關，用于電壓幾十到幾百伏，電流幾十到幾百安培的高壓電源中。

　　電的發現是人類歷史上的一次革命，它產生的動能每天都在持續釋放。人對電的需求不亞于人類世界對氧氣的需求。沒有電，人類文明仍將在黑暗中探索。

　　然而，IGBT是電力電子的重要組成部分。沒有IGBT，就沒有高鐵的便捷生活。

　　說到IGBT，做半導體的人認為它只是一個功率識別器，他們都瞧不起它。但和28nm/16nm集成電路制造一樣，是國家“02專項”的重點支持項目。這個東西是目前電力電子器件中技術的產物，已經完全取代了傳統的功率mosFET。其應用非常廣泛，小到家用電器，大到飛機、船舶、交通、電網等戰略性行業。在電力電子行業被稱為“CPU”由來已久。該產品(包括芯片)仍被少數IDM(飛兆、英飛凌、東芝)壟斷，位列“十二五”期間16個國家重大技術突破項目(簡稱“02項目”)第二名。

　　1.什么是IGBT？

　　IGBT被稱為絕緣柵雙極晶體管，所以它是一個具有MOS柵的BJT晶體管。奇怪，是MOSFET還是BJT？其實都不是。都是。別拐彎抹角了，他是MOSFET和BJT的結合體。

　　當我談到MOSFET和BJT時，我提到了它們的優缺點。MOSFET主要是單載流子(多載流子)導通，而BJT是雙載流子導通，所以BJT的驅動電流會比MOSFET大，但是MOSFET的控制柵是場效應反轉控制的，控制端沒有額外的功率損耗。所以IGBT是結合了MOSFET和BJT的優點，既有MOSFET的柵壓控制晶體管(高輸入阻抗)，又有BJT的雙載流子，達到大電流(低導通壓降)的目的。從而達到低驅動功率和低飽和電壓的完美要求，廣泛應用于600V以上的變流系統，如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

　　2.傳統功率MOSFET

　　為了以后理解IGBT，我先說一下功率MOSFET的結構。所謂功率MOS就是要承受大功率，換句話說就是高電壓大電流。我們結合一般的低壓MOSFET來說明如何改變結構實現高壓大電流。

　　1)高電壓:如果一般MOSFET的漏極電壓很高，很容易導致器件擊穿，而一般的擊穿通道是器件的另外三個端子(S/G/B)，所以要解決高電壓問題，必須把這三個端子堵住。柵極端只能通過柵下的場板與漏極隔離，而體極端的PN結擊穿只能通過降低PN結兩側的濃度來實現。討厭的是到源極端子，需要一個很長的漂移區作為漏極串聯電阻來分壓，這樣電壓就可以在漂移區上下降。

　　2)大電流:一般MOSFET的溝道長度是由Poly CD決定的，而功率MOSFET的溝道是由兩個擴散的結深差控制的，所以只要工藝穩定就可以做得很小，不受光刻精度的限制。器件的電流取決于W/L，所以如果想獲得大電流，只需要增加W。

　　所以上面的功率MOSFET也叫LDMOS(橫向雙擴散MOS)。雖然這樣的設備可以滿足大功率的要求，但它仍然有其固有的缺點。因為它的源極、柵極和漏極都在表面，漏極和源極需要拉得很長，浪費了芯片面積。此外，由于器件在地面上，如果要并聯器件，復雜性會增加，需要隔離。所以后來發展了VDMOS(垂直DMOS)，把漏極均勻地放在晶片背面，這樣通過減薄背面可以完全控制漏極和源極的漂移區長度，這種結構更有利于管間并聯結構實現高功率。然而，為了與CMOS兼容，BCD工藝中仍然使用LDMOS結構。

　　讓我告訴你關于VDMOS的發展和演變。早期的VDMOS直接把LDMOS的漏極放在背面，通過背面減薄、注入和金屬蒸發制作而成(如下圖)。它就是傳說中的平面VDMOS，它與傳統LDMOS相比的挑戰在于背面工藝。但它的優點是前端工藝兼容傳統CMOS工藝，所以還是有生命力的。但是這種結構的缺點是它的溝道是橫向于表面的，面積利用率仍然不夠高。

　　后來，為了克服平面DMOS帶來的缺點，發展了VMOS和UMOS結構。他們所做的是在晶片表面挖一個凹槽，并沿著凹槽的壁將管道的通道從原來的平面改為垂直。這真是個聰明的主意。但是，一個餡餅總是伴隨著一個陷阱(IC制造總是在取舍中)。這種結構的固有缺點是溝槽太深，電場集中，導致擊穿，而且工藝難度和成本高，溝槽底部必須粗糙，否則容易擊穿或產生應力晶格缺陷。但它的優點是晶體飽和的數量比原來多很多，所以可以并聯更多的晶體管，更適合低壓大電流的應用。

　　更多消息請關注蘇州銀邦電子。