IGBT技术进步主要体现在两个方面:通过采用和改进沟槽栅来优化垂直方向载流子浓度,以及利用“场终止”概念(也有称为“软穿通”或“轻穿通”)降低晶圆n衬底的厚度。
此外,带有单片二极管的IGBT概念也经常被探讨。首先投产的逆导型IGBT是针对电子镇流器应用进行优化的,被称之为“LightMOS”。本文介绍了集成续流二极管(FWD)的1200V RC-IGBT,并将探讨面向软开关应用的1,200V逆导型IGBT所取得的重大技术进步。
TrenchStop和RC-IGBT技术
在采用的TrenchStop技术中,沟槽栅结合了场终止概念(见图1中的IGBT)。由于发射极(阴极)附近的载流子浓度提高,沟槽栅可使得导通损耗降低。场终止概念是NPT概念的进一步发展,包含一个额外的植入晶圆背面的n掺杂层。
将场终止层与高电阻率的晶圆衬底结合起来,能使器件的厚度减少大约三分之一,同时保持相同的阻断电压。随着晶圆厚度的降低,导通损耗和关断损耗也可进一步降低。场终止层掺杂度低,因此不会影响背面植入的低掺杂p发射极。为了实现RC-IGBT,二极管的部分n掺杂背面阴极(图1)将与IGBT集电极下面的p发射极结合起来。
RC-IGBT的沟槽栅概念所基于的技术与传统的TrenchStop-IGBT(见图2)相同,但针对软开关应用所需的超低饱和压降Vce(sat)进行了优化,比如电磁炉或微波炉应用。数以万计的沟槽栅通过金属(铝)相连,该金属铝层同时也是连线区。栅极和发射极之间的区域和端子被嵌入绝缘亚胺薄膜里。最新的投产型RC2-IGBT,其沟槽栅极更小,与标准TrenchStop-IGBT相比要多出150%的沟槽栅单元。图3为基于TrenchStop技术的最新一代RC2-IGBT的沟槽栅截面图。
超薄晶圆技术
由于导通电压和关断损耗在很大程度上取决于晶圆的厚度,因此需要做更薄的IGBT。图4显示了英飞凌600/1,200V IGBT和EMCON二极管的晶圆厚度趋势。对于新型1,200V RC-IGBT而言,120um厚度晶圆将是标准工艺。这需要进行复杂的晶圆处理,包括用于正面和背面的特殊处理设备。将晶圆变薄可通过晶圆打磨和湿式化学蚀刻工艺实现。
新型RC2-IGBT的优势
来自英飞凌的新型RC2-IGBT系列产品是以成熟的TrenchStop技术为基础的,具有超低饱和压降。此外,IGBT还集成了一个功能强大且正向电压超低的二极管。
新型RC2-IGBT的优势是针对软开关应用(比如微波炉、电磁炉和感应加热型电饭煲)进行优化的定制解决方案。与以前的器件相比,RC2-IGBT可提升性能,降低饱和压降损耗。这可导致非常低的总体损耗,因此所需的散热器更小。另外一个优势是最大结温被提高到TvJ(max)=175℃,比普通IGBT芯片提高了25℃。这种结温已通过TO-247无铅封装的应用验证。
图1:应用TrenchStop技术的RC-IGBT
图2 :RC-IGBT芯片(IHW20N120R)前视图
图3:基于TrenchStop技术的最新一代RC2-IGBT的沟槽栅截面图(沟槽栅里的洞是为分析准备)
图4 :IGBT和二极管晶圆厚度变化
在典型饱和压降Vce(sat)=1.6V@25℃/1.85V@175℃和典型正向电压Vf=1.25V@175℃(额定电流)的条件下,功率损(特别是软开关应用的导通损耗)可大幅度降低。由IHW20N120R2的下降时间的切线可看出高速度—tf=24ns@25℃和Rg=30Ω(44ns@175℃)。IHW30120R2在下降时间方面是最为出色的:tf=33ns@25℃,Rg=30Ω;tf=40ns@175℃。(在硬开关条件下测量,参见带有Eoff曲线的图6和图7)。
图5 :来自英飞凌科技的最新一代RC2-IGBT(IHWxxN120R2,xx=15A、20A、25A和30A)。采用无铅电镀TO-247封装
图6 : 在硬开关条件下,175℃结温以及室温下IHW20N120R2(IN=20A,Vces=1,200V)和IHW30N120R2(IN=30A)的下降时间切线
上一篇:针对大电流轨的三相降压型 DC/DC 控制器
下一篇:卫星电源DC/DC模块输入滤波器的设计
推荐阅读最新更新时间:2023-10-18 14:56
Vishay线上图书馆
- 选型-汽车级表面贴装和通孔超快整流器
- 你知道吗?DC-LINK电容在高湿条件下具有高度稳定性
- microBUCK和microBRICK直流/直流稳压器解决方案
- SOP-4小型封装光伏MOSFET驱动器VOMDA1271
- 使用薄膜、大功率、背接触式电阻的优势
- SQJQ140E车规级N沟道40V MOSFET
- MathWorks 和 NXP 合作推出用于电池管理系统的 Model-Based Design Toolbox
- 意法半导体先进的电隔离栅极驱动器 STGAP3S为 IGBT 和 SiC MOSFET 提供灵活的保护功能
- 全新无隔膜固态锂电池技术问世:正负极距离小于0.000001米
- 东芝推出具有低导通电阻和高可靠性的适用于车载牵引逆变器的最新款1200 V SiC MOSFET
- 【“源”察秋毫系列】 下一代半导体氧化镓器件光电探测器应用与测试
- 采用自主设计封装,绝缘电阻显著提高!ROHM开发出更高电压xEV系统的SiC肖特基势垒二极管
- 艾迈斯欧司朗发布OSCONIQ® C 3030 LED:打造未来户外及体育场照明新标杆
- 氮化镓取代碳化硅?PI颠覆式1700V InnoMux2先来打个样
- 从隔离到三代半:一文看懂纳芯微的栅极驱动IC
- AMD推出第二代Versal Premium系列产品:首款PCIe 6.0和CXL 3.1的SoC FPGA
- 红帽宣布达成收购Neural Magic的最终协议
- 5G网速比4G快但感知差!邬贺铨:6G标准制定应重视用户需求
- SEMI报告:2024年第三季度全球硅晶圆出货量增长6%
- OpenAI呼吁建立“北美人工智能联盟” 好与中国竞争
- 传OpenAI即将推出新款智能体 能为用户自动执行任务
- 尼得科智动率先推出两轮车用电动离合器ECU
- ASML在2024 年投资者日会议上就市场机遇提供最新看法
- AMD将裁员4%,以在人工智能芯片领域争取更强的市场地位
- Arm:以高效计算平台为核心,内外协力共筑可持续未来
- 【TI.com线上采购专场——智能楼宇篇】畅聊火爆的智能电子锁、可视化门铃、智能传感器和网络摄像头方案
- Maxim 利用nanoPower创新技术,致力于降低系统的静态功耗 看视频答题赢好礼! 还有免费开发板等你拿
- ADI【混合动力汽车(HEV)/电动汽车(EV)】锂电池管理解决方案
- ADI 全新技术资料集锦
- 了解并观看是德科技汽车电子、物联网(IOT)精彩专题,下载技术文章送好礼!
- e络盟邀您齐聚2023慕尼黑电子展,三重好礼等你拿!
- BeagleBone Black 开发板 DIY 创意设计大赛
- 应用指南下载|是德科技《快速查找和识别隐藏的信号误差》
- 【答题有奖】赛灵思工业与医疗专题有奖问答