IGBT核心技術(shù)及人才缺失 工藝技術(shù)缺乏

　　新型電力半導(dǎo)體器件的代表，IGBT的產(chǎn)業(yè)化在我國還屬空白。無論技術(shù)、設(shè)備還是人才，我國都處于全方位的落后狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，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，因此，政府應(yīng)該對IGBT產(chǎn)業(yè)予以大力扶持。

　　眾所周知，電力電子技術(shù)可以提高用電效率，改善用電質(zhì)量，是節(jié)省能源的王牌技術(shù)。當(dāng)今以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的新型電力半導(dǎo)體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)將直接決定著電力電子系統(tǒng)的效率和可靠性。IGBT已成為新型電力半導(dǎo)體器件的代表性器件，對大功率高頻電力電子裝置和系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展起著十分重要的推動(dòng)作用。

　　認(rèn)識不足導(dǎo)致IGBT受冷落

　　IGBT的產(chǎn)業(yè)化在我國還屬空白。雖然國家在“八五”和“九五”期間分別立項(xiàng)支持了IGBT的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，但是由于各種客觀原因，這些攻關(guān)的成果只是做出了技術(shù)樣品，而沒能把技術(shù)樣品變?yōu)楣こ坍a(chǎn)品并且實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

　　很長時(shí)間以來，在半導(dǎo)體行業(yè)中有相當(dāng)一部分人認(rèn)為我們國家已掌握了0.15微米、8英寸的集成電路技術(shù)，IGBT的0.5微米、6英寸的技術(shù)應(yīng)沒有太大難度。事實(shí)上它們的差別在于：集成電路的技術(shù)難點(diǎn)在于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及版圖設(shè)計(jì)，其生產(chǎn)工藝較為規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，只要版圖設(shè)計(jì)好了，在一條常規(guī)的線寬合適的IC流水線上流片應(yīng)不會(huì)有太大的問題;而IGBT正好相反，其設(shè)計(jì)技術(shù)相對而言不太復(fù)雜，但由于其大電流、高電壓、高頻和高可靠的要求，加工工藝十分特殊和復(fù)雜。目前，全國還沒有一條較完備的IC工藝線可以從頭到尾完成IGBT的生產(chǎn)。另外，對于不同電壓等級和頻率范圍的IGBT，其主要工藝也有較大差異，從而增加了IGBT生產(chǎn)的特殊性和復(fù)雜性。

　　我國的IGBT器件之所以沒能最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有一個(gè)重要原因是缺少產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和人才。隨著近幾年來海歸派回國創(chuàng)業(yè)，這一狀況在某種程度上得到了改善。此外，國內(nèi)高校和研究機(jī)構(gòu)的興趣大多轉(zhuǎn)移到SiC和GaN寬禁帶半導(dǎo)體器件及電源管理芯片方向，目前國內(nèi)只有兩三家高校及院所還在進(jìn)行與IGBT器件相關(guān)的研發(fā)，并且主要限于計(jì)算機(jī)仿真研究。這就導(dǎo)致了我國在IGBT設(shè)計(jì)和研發(fā)方面的人才奇缺。

　　缺少核心產(chǎn)業(yè)化技術(shù)

　　IC的電熱學(xué)特點(diǎn)是電流小、電壓低、對散熱沒有太高要求，因此，IC的工藝特點(diǎn)是淺結(jié)、薄膜和片厚。而IGBT正好相反，其特點(diǎn)是電流大、電壓高和頻率高，因此對散熱的要求非常高，這樣，就必然導(dǎo)致IGBT的工藝特點(diǎn)是結(jié)深、膜厚和片薄。另外，應(yīng)用系統(tǒng)對IGBT器件的可靠性要求也很高。

　　為了實(shí)現(xiàn)大電流，IGBT采用了多原胞并聯(lián)技術(shù)，每個(gè)原胞的開通和關(guān)斷性能要求高度一致，因此，要求IGBT的工藝一致性也很高。而且，為了盡量減少IGBT的并聯(lián)個(gè)數(shù)，希望IGBT在有源區(qū)面積一定的情況下其電流容量越大越好，即器件的電流密度越高越好。

　　為了實(shí)現(xiàn)高電壓，在IGBT芯片上采用了高壓終端技術(shù)及鈍化技術(shù)。終端的面積約占IGBT芯片總面積的20%。另外，有些應(yīng)用場合還需將幾個(gè)IGBT進(jìn)行串聯(lián)以滿足耐壓要求，IGBT的串聯(lián)技術(shù)必須考慮動(dòng)態(tài)均壓問題，從而對IGBT的工藝和參數(shù)控制的一致性要求也較高。為了提高器件的工作頻率，需要對IGBT漂移區(qū)厚度、結(jié)構(gòu)、少子壽命及集電極發(fā)射效率進(jìn)行精確的控制。為了提高散熱效率，除了盡可能地降低器件的通態(tài)和開關(guān)損耗之外，還需要對IGBT芯片進(jìn)行減薄。另外，IGBT的封裝材料和工藝對其散熱效率的影響也很明顯。

　　針對上述IGBT器件的特點(diǎn)，國內(nèi)缺少此類器件的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封裝、測試和可靠性試驗(yàn)等一套完整的技術(shù)。即使有些部門掌握了部分技術(shù)，但也不系統(tǒng)、不完整。而國外公司在IGBT的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面對我國還是實(shí)行嚴(yán)密的封鎖政策。這就嚴(yán)重制約了IGBT器件在我國的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。