带电场阻止层和沟槽栅极结构的NPT-设计

当今使用最广的IGBT 芯片就是用NPT 型，但通过增加电场阻止层和采用垂直的沟槽设计来完善的(图2.4.10)。

它也是以很薄的、掺杂浓度很低的n-硅片作为基板，采用移植技术，在背面形成集电极p+区，在这层的上面额外移植一层n+电场阻止层。如同在PT 设计中，利用高掺杂浓度的n+半导体作为缓冲层来减少漂移区的厚度的原理一样，使电场在n+漂移区的边缘被消除。这层不能像PT-IGBT 中那样降低发射效率，而只能消除电场，所以它的掺杂浓度没有在PT-IGBT 那么高。

在同样的正向截止电流时，SPT-IGBT 漂流区的厚度wB 相对NPT-IGBT 来说要薄，所以通态压降就较小。同时它还保留其通态压降同温度的正比的特性和较高的坚固性。在关断时，同没有电场阻止层的IGBT 相对比，有阻止层的IGBT 拖尾电流开始时较高，但很快会下降。垂直的栅极沟槽设计是指栅极垂直的立在IGBT 内p 区的沟道内。因为增大了硅片的有效面积，所以更容易控制沟道的截面面积，并能实现更小的沟道电阻。在给定的硅片面积时，单元的面积可以做的更小，就能近一步使IGBT 实现承受更高的电流密度，更小的通态功耗，更好的抗锁定性，更小的整体功耗和承受更高的耐压。到目前为至，由Infineon 公司生产的最新一代的IGBT4 比它上一代的IGBT3 进一步减小了单元间距（相邻两个单元的基极间距），也就是芯片“收缩”了。通过芯片的优化和减小厚度，芯片的静态和动态特性都有所提高。较小的芯片也会带来较高的热敏电阻Rth(j-c) 和 Rth(j-s)。在提高元器件功率的同时，元器件可靠工作温度也得到提升，例如IGBT4 的可靠工作温度为175°C，而IGBT3 只有150°C。对于不同的要求可以调整到不同的静态和动态特性：

- IGBT4 T4: 在额定电流值从10A 到300A 时，模块有特别短的开关时间。

- IGBT4 E4: 在额定电流值从150A 到1000A 时，模块有特别小的导通损耗和开

关损耗。

- IGBT4 P4: 在额定电流值超过900A 时，大电流IGBT 模块有软恢复特性和特别

低的导通损耗。

赛米控公司（SEMIKRON）目前生产新一代IGBT4 芯片T4 和E4，来取代上一代IGBT3 的产品。

CSTBT设计

Mitsubishi 公司把在漂移区上部分建立空穴屏障同沟槽栅极结构结合，生产出存储势垒沟槽栅极双极晶体管（Carrier Stored Trench Gate Bipolar Transistor ，CSTBT）。如图2.4.13。它以前也被称为注入式增强栅极晶体管（Injection Enhaced Gated Transistors，IEGT)。这种IGBT 因为空穴屏障，原理如同在SPT+设计中所描述的，提高了在n 发射极的载流子注入率。这层n 掺杂的半导体层同沟槽结构一起，在p 半导体层下面。在屏蔽层的下方，聚集了带正电的载流子，它有效的促使从沟道输出电子，这样就使自由载子的浓度提高。

另外，Mitsubishi 公司还把CSTBT 同NPT 技术结合起来，通过外延生长技术，用廉价的薄硅片替代单晶材料。

插入单元（Plugged Cells）不是每个单元单独的被连接，而是用在栅极部位的多晶硅，经过发射极金属化被短路连接。（plugged cells:插入单元）。这样可使IGBT 的特性进一步改善。提高单元间的间距和减小p 区域大小，能使发射极的载流子浓度大幅度提高，它对通态压降产生很大影响，通过这些措施而升高的电压差降在沟道区域[文献22]。它带来的另一个好处是相对传统的IGBT 降低了短路时的集电极电流。

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