我國IGBT的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展

武祥

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所，湖南長沙 410111)

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型功率管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式電力電子器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600 V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。

1 功率器件

IGBT是功率器件技術(shù)演變的最新產(chǎn)品，是未來功率器件的主流發(fā)展方向。其產(chǎn)品集合了高頻、高壓、大電流三大技術(shù)優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排，具有很好的環(huán)境保護(hù)效益。IGBT被公認(rèn)為是電力電子技術(shù)第三次革命最具代表性的產(chǎn)品，是未來應(yīng)用發(fā)展的必然方向。IGBT可廣泛應(yīng)用于電力領(lǐng)域、消費(fèi)電子、汽車電子、新能源等傳統(tǒng)和新興領(lǐng)域，市場前景廣闊。其廣闊的應(yīng)用空間推動中國IGBT市場高速增長。龐大的市場基礎(chǔ)與需求方對IGBT技術(shù)國產(chǎn)化的迫切需求共同推動中國本土企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新。

世界上最早的半導(dǎo)體器件是整流器和晶體管，當(dāng)時(shí)并沒有功率半導(dǎo)體或微電子半導(dǎo)體之分。1958年，我國開始了第一個(gè)晶閘管研究課題(當(dāng)初稱為PNPN器件)。在大致相似的時(shí)間里，集成電路的研究也逐步開始。從此半導(dǎo)體器件向兩個(gè)方向發(fā)展。前者成為電力電子學(xué)的基礎(chǔ)，后者則發(fā)展并促成了微電子及信息電子學(xué)。

1979年，MOS柵功率開關(guān)器件作為IGBT概念的先驅(qū)即已被引入到世間。這種器件表現(xiàn)為一個(gè)類晶閘管的結(jié)構(gòu)（P-N-P-N四層組成），其特點(diǎn)是通過強(qiáng)堿濕法刻蝕工藝形成了V形槽柵。

20世紀(jì)80年代初期，用于功率MOSFET制造技術(shù)的DMOS（雙擴(kuò)散形成的金屬—氧化物—半導(dǎo)體）工藝被采用到IGBT中來。在那個(gè)時(shí)候，硅芯片的結(jié)構(gòu)是一種較厚的NPT（非穿通）型設(shè)計(jì)。后來，通過采用PT（穿通）型結(jié)構(gòu)的方法得到了在參數(shù)折衷方面的一個(gè)顯著改進(jìn)，這是隨著硅片上外延技術(shù)的進(jìn)步，以及采用對應(yīng)給定阻斷電壓所設(shè)計(jì)的n+緩沖層而進(jìn)展的。幾年當(dāng)中，這種在采用PT設(shè)計(jì)的外延片上制備的DMOS平面柵結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)規(guī)則從5 μm先進(jìn)到3 μm。

20世紀(jì)90年代中期，溝槽柵結(jié)構(gòu)又返回到一種新概念的IGBT，它是采用從大規(guī)模集成（LSI）工藝借鑒來的硅干法刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)的新刻蝕工藝，但仍然是穿通（PT）型芯片結(jié)構(gòu)。在這種溝槽結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)了在通態(tài)電壓和關(guān)斷時(shí)間之間折衷的更重要的改進(jìn)。

1996年，CSTBT（載流子儲存的溝槽柵雙極晶體管）使第5代IGBT模塊得以實(shí)現(xiàn)，它采用了弱穿通（LPT）芯片結(jié)構(gòu)，又采用了更先進(jìn)的寬元胞間距的設(shè)計(jì)。此后，包括一種“反向阻斷型”（逆阻型）功能或一種“反向?qū)ㄐ汀保鎸?dǎo)型）功能的IGBT器件的新概念正在進(jìn)行研究，以求得進(jìn)一步優(yōu)化。

從2007年開始上市的新一代NX系列IGBT模塊，采用統(tǒng)一的封裝和功率芯片，其端子和電路結(jié)構(gòu)具有前所未有的靈活性。在NX系列開發(fā)的第一階段，采用的第五代載流子存儲式溝槽型雙極型晶體管（CSTBT）硅片技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高性能。在NX系列開發(fā)的第二階段所采用的1.2 kV第六代IGBT硅片技術(shù)，第六代IGBT模塊進(jìn)一步提高了效率，并降低了噪聲，其中所有的無源元件以埋層方式掩埋在襯底中。從而拓寬了客戶的應(yīng)用范圍，成為IGBT發(fā)展熱點(diǎn)。

21世紀(jì)前后，功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展又進(jìn)入了和集成電路結(jié)合愈來愈緊密的階段，功率MOSFET器件的生產(chǎn)工藝、封裝技術(shù)都與微電子技術(shù)和集成電路的發(fā)展保持一致：制造工藝采用集成電路的硅平面工藝：加工精度由幾微米迅速轉(zhuǎn)向亞微米甚至深亞微米：并開始采用集成電路先進(jìn)的封裝技術(shù)等。從而使器件性能得到了很大程度上的提高?，F(xiàn)在,大電流高電壓的IGBT已模塊化,它的驅(qū)動電路除上面介紹的由分立元件構(gòu)成之外,現(xiàn)在已制造出集成化的IGBT專用驅(qū)動電路,其性能更好,整機(jī)的可靠性更高及體積更小。

2 功率半導(dǎo)體器件與電力電子

微電子技術(shù)是對信號的處理和轉(zhuǎn)換，可以提高人們的工作效率和生活質(zhì)量；而電力電子是對電能的控制和變換，可以提高用電效率和改善用電質(zhì)量，也是工業(yè)化和信息化融合的關(guān)鍵技術(shù)。電力半導(dǎo)體器件和集成電路在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中地位同樣重要，兩者相輔相成。

電力電子技術(shù)就是使用電力半導(dǎo)體器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，它是綜合了電子技術(shù)、控制技術(shù)和電力技術(shù)而發(fā)展起來的應(yīng)用性很強(qiáng)的新興學(xué)科。隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電能的應(yīng)用已經(jīng)普及到社會生產(chǎn)和生活的方方面面，現(xiàn)代電力電子技術(shù)無論對傳統(tǒng)工業(yè)的改造還是對高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都有著至關(guān)重要的作用，它涉及的應(yīng)用領(lǐng)域包括國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)部門。毫無疑問，電力電子技術(shù)正在成為21世紀(jì)的重要關(guān)鍵技術(shù)之一。在當(dāng)今急需節(jié)能降耗的工業(yè)領(lǐng)域里起到了不可替代的作用；而IGBT在諸如變頻器、大功率開關(guān)電源等電力電子技術(shù)的能量變換與管理應(yīng)用中，越來越成為各種主回路的首選功率開關(guān)器件。

電力電子器件經(jīng)過幾十年的發(fā)展，基本上都表現(xiàn)為對器件結(jié)構(gòu)原理和制造工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新，在材料的應(yīng)用上始終沒有突破硅的范圍。隨著硅材料和硅工藝的日趨完善，各種硅器件的性能逐步趨于其理論極限。而現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展卻不斷對電力電子器件的性能提出了更高的要求，尤其是希望器件的功率和頻率得到更高程度的兼顧。因此，越來越多的電力電子器件研究工作轉(zhuǎn)向了對應(yīng)用新型半導(dǎo)體材料制造新型電力電子器件的研究。

3 IGBT功率模塊

由于大量集成電路進(jìn)入了功率半導(dǎo)體器件，因而考慮把集成電路和功率半導(dǎo)體器件做在同一個(gè)芯片或器件中的思路自然就發(fā)展了。做在同一芯片中，原來就是功率集成電路的概念，但其功率比較小。而做在同一包裝中，功率容量易于增大，一些無源元件也有可能埋入，在這兒常稱為多芯片模塊(MCM)。它將功率器件，控制用的集成電路，或再加上脈寬調(diào)制(PWM)的集成電路，按電源設(shè)計(jì)的需要，用BGA的封裝技術(shù)組合在同一個(gè)器件中。這種多芯片的器件大大簡化了電源設(shè)計(jì)人員的工作。減小了元件數(shù)及所占的面積，性能上也有了很多改進(jìn)。iPOWIR的發(fā)展，被認(rèn)為是DC-DC變換的未來。但實(shí)際上，在其他各種應(yīng)用領(lǐng)域，只要有進(jìn)一步集成化的要求，MCM的結(jié)構(gòu)都會出現(xiàn)并且會愈來愈多。所以它將是整個(gè)功率半導(dǎo)體器件的重要發(fā)展方向。

IGBT模塊和IPM功率模塊主要用來支撐新能源動力及控制系統(tǒng)、白色家電產(chǎn)品，是混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車、冰箱、空調(diào)等產(chǎn)品的動力組件，具有廣闊的市場前景。功率半導(dǎo)體器件可分為三大部分，即雙極性器件為主的傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體器件，以MOSFET和IC為主的現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件，和在前兩者基礎(chǔ)上發(fā)展起來的特大功率器件。

IPM功率模塊由高速低功耗的IGBT管芯和優(yōu)化的柵極驅(qū)動電路以及快速保護(hù)電路組成。模塊內(nèi)部使用高熱導(dǎo)絕緣硅凝膠進(jìn)行灌封，滿足主電路所有芯片絕緣、防潮、導(dǎo)熱的需要。外部使用環(huán)氧樹脂進(jìn)行澆注，實(shí)現(xiàn)上下殼體的牢固聯(lián)結(jié)，以達(dá)到較高的防護(hù)強(qiáng)度和氣閉密封。此外，控制端子與主電路采用電氣隔離，能非常方便地實(shí)現(xiàn)模塊間的隨意串并聯(lián)，是制造大功率控制設(shè)備的必備元件。

當(dāng)今以IGBT及IPM功率模塊為代表的新型電力電子器件是高頻電力電子線路和控制系統(tǒng)的核心開關(guān)元器件，它的性能參數(shù)直接決定著電力電子系統(tǒng)的效率和可靠性。大功率IGBT及IPM模塊將提高我國電力電子技術(shù)的技術(shù)水平，為新能源汽車、白色家電等行業(yè)提供可靠性好、性價(jià)比高的電子器件，對于新能源汽車和高效家電產(chǎn)品的發(fā)展起著顯著推動作用，對于促進(jìn)上述行業(yè)節(jié)能環(huán)保具有十分重要的意義。

4 IGBT產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

4.1 國外現(xiàn)狀

國際上，IGBT行業(yè)領(lǐng)先的公司主要有：

美國國際整流器公司 (IR)：為全球功率半導(dǎo)體和管理方案領(lǐng)先廠商。IR的模擬及混合信號集成電路、先進(jìn)電路器件、集成功率系統(tǒng)和器件廣泛應(yīng)用于驅(qū)動高性能計(jì)算機(jī)及降低電機(jī)的能耗，是眾多國際知名廠商開發(fā)下一代計(jì)算機(jī)、節(jié)能電器、照明設(shè)備、汽車、衛(wèi)星系統(tǒng)、宇航及國防系統(tǒng)的電源管理基準(zhǔn)。

意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）：為世界第五大半導(dǎo)體公司，2010年凈收入103.5億美元。為世界第一大專用模擬芯片和電源轉(zhuǎn)換芯片制造商，世界第一大工業(yè)半導(dǎo)體和機(jī)頂盒芯片供應(yīng)商，在分立器件、手機(jī)相機(jī)模塊和車用集成電路領(lǐng)域居世界前列。標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品包括分立器件如晶體管、二極管與晶閘管；功率晶體管如MOSFET、IGBT等。

賽米控(Semikon)：成立于1951年，總部位于德國，是二極管/晶閘管市場的領(lǐng)導(dǎo)者，占有全球34%的份額，擁有兩萬一千多種不同的功率半導(dǎo)體器件，產(chǎn)品涵蓋了芯片、分離二極管/晶閘管、功率模塊（IGBT/MOSFET/二極管/晶閘管）、驅(qū)動電路、保護(hù)元件以及集成電子系統(tǒng)。

飛兆（Fairchild）：一家以應(yīng)用主導(dǎo)和解決方案為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體供應(yīng)商，為消費(fèi)、通信、工業(yè)、便攜、計(jì)算機(jī)和汽車系統(tǒng)提供業(yè)界最先進(jìn)的半導(dǎo)體和封裝技術(shù)、制造能力和系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)。其在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域全球市場份額排名第一，提供采用前沿工藝和封裝技術(shù)的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，利用先進(jìn)的工藝和封裝技術(shù)，將功率模擬、功率分立及光電子功能集成到創(chuàng)新的封裝中，從而提高產(chǎn)品效能，縮短高效能產(chǎn)品上市時(shí)間。

富士電機(jī)(Fuji)：主要產(chǎn)品包括自動售貨機(jī)、工廠自動化設(shè)備、電源設(shè)備、半導(dǎo)體、集成電路等信息電子零部件。主要生產(chǎn)和銷售 IGBT、MOSFET等功率半導(dǎo)體，特別是在工業(yè)驅(qū)動用IGBT組件領(lǐng)域的市場份額排名世界第三位，市場占有率高達(dá)30%。

在低功率IGBT領(lǐng)域，摩托羅拉、ST半導(dǎo)體、三菱等公司推出低功率IGBT產(chǎn)品，應(yīng)用范圍一般都在600 V、1 kA、1 kHz以上區(qū)域。

在設(shè)計(jì)600～1 200 V的IGBT時(shí)，NPT-IGBT可靠性最高，正成為IGBT發(fā)展方向。西門子公司可提供 600 V、1 200 V、1 700 V系列產(chǎn)品和 6 500 V高壓IGBT，并推出低飽和壓降DLC型NPT-IGBT，依克賽斯、哈里斯、英特西爾、東芝等公司也相繼研制出NPT-IGBT及其模塊系列，富士電機(jī)、摩托羅拉等在研制之中。

在SDB——IGBT產(chǎn)品方面，三星、快捷等公司采用SDB(硅片直接鍵合)技術(shù)，在IC生產(chǎn)線上制作第四代高速IGBT及模塊系列產(chǎn)品，特點(diǎn)為高速，低飽和壓降，低拖尾電流，正溫度系數(shù)易于并聯(lián)，在600 V和1 200 V電壓范圍性能優(yōu)良，分為UF、RUF兩大系統(tǒng)。

IR公司推出的iPOWIR是一種典型的多芯片模塊。它將功率器件，控制用的集成電路，或再加上脈寬調(diào)制(PWM)的集成電路，按電源設(shè)計(jì)的需要，用BGA的封裝技術(shù)組合在同一個(gè)器件中。這種多芯片的器件大大簡化了電源設(shè)計(jì)人員的工作。減小了元件數(shù)及所占的面積，性能上也有了很多改進(jìn)。iPOWIR的發(fā)展，被認(rèn)為是DC-DC變換的未來。但實(shí)際上，在其他各種應(yīng)用領(lǐng)域，只要有進(jìn)一步集成化的要求，MCM的結(jié)構(gòu)都會出現(xiàn)并且會愈來愈多。所以它將是整個(gè)功率半導(dǎo)體器件的重要發(fā)展方向。

4.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

政策的扶持為IGBT的發(fā)展提供了明確的方向和有力的推動。2010年發(fā)改委高技［2010］614號文加大了對IGBT等電力電子器件的支持。文件明確支持MOSFET、IGBT等量大面廣的新型電力電子芯片和器件的產(chǎn)業(yè)化。強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)解決芯片設(shè)計(jì)，制造和封裝技術(shù)進(jìn)步的問題，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可靠性設(shè)計(jì)等。當(dāng)前我國IGBT產(chǎn)業(yè)在國家政策及重大專項(xiàng)的推動及市場牽引下得到了迅速發(fā)展，呈現(xiàn)出大尺寸區(qū)溶(FZ)單晶材料、IGBT芯片工藝和IGBT模塊封裝技術(shù)全面蓬勃發(fā)展的大好局面。

4.2.1 晶體材料

目前國內(nèi)多晶硅產(chǎn)能上萬噸，生產(chǎn)廠商超過10家，多晶硅生產(chǎn)技術(shù)也取得長足進(jìn)步。新光硅業(yè)通過改良西門子工藝技術(shù)，已具備了多項(xiàng)世界先進(jìn)技術(shù)。

天津中環(huán)半導(dǎo)體股份有限公司研制的6英寸FZ單晶材料已批量應(yīng)用，在國家“02”科技重大專項(xiàng)的推動下，200 mm（8英寸）FZ單晶材料已取得重大突破。

4.2.2 功率器件

南車時(shí)代2008年通過并購加拿大Dynex公司，利用外部資源擁有了生產(chǎn)大功率IGBT、高壓電力電子組件等產(chǎn)品的技術(shù)和能力。其為高速鐵路生產(chǎn)的IGBT，已經(jīng)通過7MW變流器機(jī)組試驗(yàn)，為特高壓直流輸電工程生產(chǎn)的150 mm(6英寸)高壓晶閘管也已投入使用。

中國北車股份公司旗下的永濟(jì)電機(jī)公司2011年12月23日在西安發(fā)布了其自主研發(fā)的11種IGBT新產(chǎn)品2011年12月14日從新建成的IGBT封裝線下線的消息。具有世界最先進(jìn)水平的首批最大功率IGBT產(chǎn)品成功下線，使企業(yè)繼瑞士ABB、德國英飛凌和日本三菱之后成為世界第四個(gè)、國內(nèi)第一的能夠封裝6 500 V以上電壓等級的IGBT廠家(電壓等級最高，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)與國際標(biāo)準(zhǔn)相同)。標(biāo)志著我國IGBT高端器件產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)了重大突破。

4.2.3 IGBT模塊封裝

國內(nèi)已具備生產(chǎn)大功率IGBT模塊的能力。

2011年3月，在國家02專項(xiàng)的資金支持下，上海華虹NEC與中科院微電子研究所合作開發(fā)的6 500 V TrenchFS(溝槽型場終止)IGBT取得了階段性的突破，使國內(nèi)自主高壓高功率IGBT芯片從設(shè)計(jì)到工藝開發(fā)的整體貫通邁上一個(gè)新臺階。

2011年5月中國南車大功率IGBT產(chǎn)業(yè)化基地奠基，標(biāo)志著我國首條200 mm(8英寸)IGBT芯片生產(chǎn)線項(xiàng)目正式啟動。項(xiàng)目總投資約14億元。項(xiàng)目設(shè)計(jì)年產(chǎn)IGBT8英寸芯片12萬片、IGBT模塊100萬只，填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的空白。200 mmIGBT芯片和IGBT模塊生產(chǎn)線投入后，將使中國南車成為國內(nèi)掌握IGBT芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、模塊封裝、系統(tǒng)應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)。

嘉興斯達(dá)半導(dǎo)體有限公司針對工業(yè)應(yīng)用中的中壓大功率驅(qū)動市場，推出了1 700 V、2 500 V中大功率模塊產(chǎn)品，其電流最高可達(dá)3 600 A。

科達(dá)半導(dǎo)體有限公司是科達(dá)股份與美國STP技術(shù)公司共同投資成立的合資企業(yè)，其直接利用國際先進(jìn)的技術(shù)，生產(chǎn)高端產(chǎn)品。

4.3 市場

目前我國市場需求的IGBT新型電子電力器件90%主要依賴進(jìn)口，國內(nèi)市場主要被歐美、日本企業(yè)所壟斷。SEMIKRON、EUPEC、三菱、Sanken、飛兆、富士、IR、東芝、IXYS、ST是國內(nèi)IGBT市場銷售額排名前10位的企業(yè)。高鐵、智能電網(wǎng)、新能源與高壓變頻器領(lǐng)域所用IGBT模式均在6500V以上規(guī)格產(chǎn)品，技術(shù)壁壘較強(qiáng)。表1給出了2005年-2010年全球不同國家的大功率半導(dǎo)體市場分布。表2給出了2005年-2010年中國不同種類的大功率半導(dǎo)體市場規(guī)模。

表1 2005年-2010年全球不同國家的大功率半導(dǎo)體市場分布億元

表2 2005年-2010年中國不同種類的大功率半導(dǎo)體市場規(guī)模億元

中國功率半導(dǎo)體市場在未來幾年里將繼續(xù)保持增長。IGBT是超高壓直流輸變電技術(shù)、特高壓交流輸電技術(shù)的核心元器件。智能電網(wǎng)對IGBT需求量每年可達(dá)4億元，IGBT將直接受益于其巨大的市場需求，智能電網(wǎng)的大規(guī)模實(shí)施將實(shí)現(xiàn)中國IGBT和智能電網(wǎng)的“雙贏”。高速鐵路領(lǐng)域是IGBT另一個(gè)巨大的需求市場，未來三年中國高速鐵路需完成1萬公里的里程建設(shè)，根據(jù)預(yù)測，僅高鐵領(lǐng)域每年對IGBT的市場需求達(dá)3億元。預(yù)計(jì)全球大功率電力電子市場增量的40%在中國，另外30%在歐洲，20%在美國，其他10%。

5 差距與方向

根據(jù)功率半導(dǎo)體的工作特點(diǎn)，既希望器件能有較高的電壓，又希望有較低的內(nèi)阻或壓降。IGBT的發(fā)展趨勢可以歸納為薄片、場阻型((FS)、更小元胞的溝槽柵單元、以載流子注入增強(qiáng)和載流子存儲層為代表的載流子分布優(yōu)化技術(shù)、以逆導(dǎo)(RC)型IGBT為代表的集成技術(shù)等。雖然國內(nèi)IGBT行業(yè)近年來取得了較大進(jìn)展，但在芯片生產(chǎn)技術(shù)方面尚存在很大差距。

5.1 差距

5.1.1 主要技術(shù)差距

目前國內(nèi)在IGBT芯片技術(shù)方面，高電壓(1700V以上)產(chǎn)品還是空白，因正面的Trench溝道柵工藝以及背面的減薄和離子注入工藝尚不完善，所以Trench IGBT尚無商品化的產(chǎn)品。另外，高壓1200V以上高壓IGBT的區(qū)熔單晶也基本處于空白狀態(tài)。

5.1.2 發(fā)展模式

國際上IGBT產(chǎn)業(yè)發(fā)展走的是設(shè)計(jì)制造一體化的模式。一是因?yàn)镮GBT本身只是一個(gè)器件，沒有電路，所以不存在電路設(shè)計(jì)問題。二是各大公司IGBT的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)也各不相同，都有自己的技術(shù)秘密，不便于統(tǒng)一代工。國內(nèi)目前是依托在集成電路的模式基礎(chǔ)上發(fā)展IGBT，IGBT的特點(diǎn)是系統(tǒng)應(yīng)用、器件設(shè)計(jì)和工藝加工密切結(jié)合，而絕大部分系統(tǒng)廠家還沒有能力獨(dú)立發(fā)展功率半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)線。

5.2 方向

5.2.1 產(chǎn)業(yè)鏈的完善

要制造出性價(jià)比更高、可靠性相當(dāng)?shù)腎GBT器件和模塊，需要攻克的難點(diǎn)涉及整個(gè)IGBT產(chǎn)業(yè)鏈的問題，包括材料、制造工藝、制造設(shè)備和可靠性技術(shù)的提升等。

5.2.2 選擇新的切入點(diǎn)

化合物半導(dǎo)體等新材料的應(yīng)用將把IGBT產(chǎn)業(yè)引入一個(gè)新的競爭平臺，我國企業(yè)將與外國企業(yè)處于同一起跑線。在傳統(tǒng)硅基IGBT產(chǎn)品領(lǐng)域，歐美和日本的公司已經(jīng)在過去20多年中產(chǎn)生了很多專利，從而形成技術(shù)壁壘。但以化合物半導(dǎo)體等新材料為基礎(chǔ)的IGBT將產(chǎn)業(yè)引入一個(gè)新的技術(shù)平臺。采用碳化硅等新材料的半導(dǎo)體器件，具有無需冷卻裝置等性能優(yōu)勢正逐漸引起業(yè)界關(guān)注，在新材料形成大規(guī)模應(yīng)用前夕積極開發(fā)將有望實(shí)現(xiàn)技術(shù)追趕。

5.3 措施

5.3.1 應(yīng)積極發(fā)展寬禁帶器件

目前硅材料是IGBT的主流，以SiC(碳化硅)及GaN(氮化鎵)為代表的寬禁帶電力電子技術(shù)目前還處于發(fā)展初期，但從戰(zhàn)略上考慮必須給以高度重視。SiC目前比較成熟的器件主要是SiC二極管，MOSFET也逐漸投向市場，但I(xiàn)GBT應(yīng)用還距離較遠(yuǎn)。GaN目前主要產(chǎn)品也是二極管和LED。應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注幾個(gè)方向：

SiC MOSFET應(yīng)首先在汽車電子、工業(yè)應(yīng)用等有較大應(yīng)用市場而又對價(jià)格不太敏感的領(lǐng)域取得突破，從而進(jìn)一步帶動SiC電力電子器件的發(fā)展。

基于硅基襯底的GaN功率半導(dǎo)體器件的長期可靠性問題。

SiC電力電子器件在中高功率、GaN電力電子在1200V以下的中低功率和多功能集成領(lǐng)域的發(fā)展優(yōu)勢。

5.3.2 進(jìn)一步關(guān)注IGBT產(chǎn)業(yè)化

鑒于IGBT在大電流、高電壓、高頻和高可靠性等方面的要求，需要本行業(yè)腳踏實(shí)地的長期努力和政府長期持續(xù)的扶持，特別是加強(qiáng)對IGBT的柵極形成、隔離、背面減薄和注入工藝等技術(shù)研發(fā)的支持力度。

針對IGBT的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，必須運(yùn)用系統(tǒng)工程打造產(chǎn)業(yè)化體系。在芯片制造領(lǐng)域，應(yīng)充分利用國內(nèi)已有的IC和分立器件生產(chǎn)線，補(bǔ)充必要的生產(chǎn)設(shè)備；在封裝領(lǐng)域，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展單管大尺寸封裝(TO-220以上)、標(biāo)準(zhǔn)功率模塊、智能化功率模塊和用戶定制功率模塊；在測試領(lǐng)域，應(yīng)發(fā)展新型器件的動靜態(tài)特性測試、可靠性試驗(yàn)及失效分析手段；在原材料領(lǐng)域，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展高阻外延單晶、區(qū)熔單晶和磁場直拉單晶；在設(shè)備領(lǐng)域，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展大面積減薄、微細(xì)刻蝕、大束流離子注入等設(shè)備；針對應(yīng)用特性，應(yīng)重點(diǎn)研究器件和電路接口方面的技術(shù)問題，如驅(qū)動和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)等；針對人才培養(yǎng)，短期可以從國外引進(jìn)一批有著豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的高層次技術(shù)人才，長期則需要在國內(nèi)高校培養(yǎng)新型電力半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)和制造人才。

[1] 趙善麒，陸劍秋，畢克允.IGBT核心技術(shù)及人才缺失，應(yīng)加快打造產(chǎn)業(yè)化體系[N].中國電子報(bào)2009-12-15(4).

[2] 朱英文.為什么市場上沒有國產(chǎn)的IGBT芯片?[EB/OL].http://www.p-e-china.com/neir.asp?Newsid=5865，2012-4-9 11:41:24.

[3] 甘祥彬，崔楊.大功率IGBT驅(qū)動技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].變頻器世界，2007(10)：35-39.

[4] 邱罡，孟昭莉，張沈偉，許李彥，等.中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)或?qū)⑻と霊?zhàn)略機(jī)遇期[N].中國工業(yè)報(bào)，2011-1-13(A02).

[5] 江興.GBT芯片和IGBT模塊封裝技術(shù)全面蓬勃發(fā)展[J].半導(dǎo)體信息，2012(2)：35-38.