電子科技大學微電子與(yu) 固體(ti) 電子學院教授、副院長 張波

目前我國IGBT產(chan) 業(ye) 在國家政策及重大項目的推動及市場牽引下得到了迅速發展，呈現出大尺寸區溶(FZ)單晶材料、IGBT芯片工藝和IGBT模塊封裝技術全麵蓬勃發展的大好局麵。

我國IGBT成就顯著

天津中環半導體(ti) 股份有限公司研製的6英寸FZ單晶材料已批量應用，在國家“02”科技重大專(zhuan) 項的推動下，8英寸FZ單晶材料已取得重大突破；電磁灶用1200V NPT型IGBT已由多家企業(ye) (江蘇東(dong) 光、華潤華晶、山東(dong) 科達等)批量供貨，這標誌著我國國產(chan) IGBT芯片打破了國外一統天下的局麵；基於(yu) 6英寸和8英寸的平麵型和溝槽型1700V、2500V和3300V IGBT芯片已研製出樣品，正進行可靠性考核，4500V和6500V IGBT芯片研製也在積極推進中；封裝技術取得重大進展。株洲南車時代電氣股份有限公司的IGBT功率模塊已在國內(nei) 地鐵及機車上裝車試運營，產(chan) 品性能等同於(yu) 國外產(chan) 品，同時8英寸IGBT芯片生產(chan) 線也在建設中。中國北車集團屬下的西安永電電氣有限責任公司生產(chan) 的6500V/600A IGBT功率模塊已成功下線，使其成為(wei) 全球第四個(ge) 、國內(nei) 第一個(ge) 能夠封裝6500V以上電壓等級IGBT的廠家。此外，江蘇宏微的IGBT模塊已成功進入電焊機市場，浙江嘉興(xing) 斯達的IGBT模塊正積極向國外市場推廣。材料、設計、工藝和封裝是IGBT最重要的，其中最為(wei) 核心的是設計和工藝。目前國內(nei) 還需在可靠性設計和工藝上、特別是與(yu) 成本和性能密切相關(guan) 的薄片工藝上努力探索。

雖然國內(nei) IGBT行業(ye) 近年來取得了重大進展，但我們(men) 必須清醒地看到，國內(nei) IGBT行業(ye) 與(yu) 國外還存在巨大差距。差距主要是在芯片生產(chan) 技術方麵，我們(men) 在400V～600V薄片FS(場阻)結構IGBT芯片生產(chan) 、高可靠高性能IGBT芯片技術、壓接式IGBT功率模塊生產(chan) 技術等領域與(yu) 國際先進水平還差之甚遠。

應積極發展寬禁帶器件

IGBT是中高功率應用的主流，從(cong) 2010年世界功率半導體(ti) 市場份額可以明顯看出，IGBT以超過50%的增長率高居功率半導體(ti) 領域之首，並創記錄地達到32億(yi) 美元的銷售額。2010年日本羅姆公司宣布量產(chan) SiC功率MOSFET，美國Cree公司隨後也宣布量產(chan) 1200V SiC功率MOSFET。雖然SiC功率MOSFET性能較矽基IGBT更優(you) ，但高昂的價(jia) 格使其在較長時期內(nei) 難以取代IGBT。我們(men) 期待SiC MOSFET首先在汽車電子、工業(ye) 應用等有較大應用市場而又對價(jia) 格不太敏感的領域取得突破，從(cong) 而進一步帶動SiC電力電子器件的發展。基於(yu) 矽基襯底的GaN功率半導體(ti) 器件是我看好的發展方向，但目前其主要問題是長期可靠性難以實現。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域具有發展優(you) 勢。

在此本人大力呼籲，雖然以SiC(碳化矽)及GaN(氮化镓)為(wei) 代表的寬禁帶電力電子技術目前還處於(yu) 發展初期，但我們(men) 必須高度重視，應積極發展寬禁帶電力電子器件，否則我們(men) 將持續落後。

設計和加工緊密結合

目前國際IGBT的發展主流是8英寸芯片生產(chan) 線。在國家2009年立項的“02”科技重大專(zhuan) 項IGBT芯片項目中也明確要求發展8英寸IGBT芯片生產(chan) 線，並且以市場占有率為(wei) 考核指標。目前華虹NEC等8英寸生產(chan) 線在IGBT研製中正取得重大進展。但我國還需要在量大麵廣的400V～600V薄片FS(場阻)結構IGBT芯片生產(chan) 和高可靠高性能IGBT芯片技術等領域加大投入和攻關(guan) 力度。總之，市場占有率才是根本。

IGBT的發展趨勢可以歸納為(wei) 薄片、場阻型(FS)、更小元胞的溝槽柵單元(Cell)、以載流子注入增強和載流子存儲(chu) 層為(wei) 代表的載流子分布優(you) 化技術、以逆導(RC)型IGBT為(wei) 代表的集成技術。國際主流IGBT生產(chan) 企業(ye) 均是IDM企業(ye) ，並朝8英寸生產(chan) 線發展。IGBT的特點是係統應用、器件設計和工藝加工密切結合。國內(nei) 功率半導體(ti) IDM企業(ye) 的生產(chan) 能力有限，先進的工藝在製造廠那邊，而絕大部分係統廠家還沒有能力獨立發展功率半導體(ti) 芯片生產(chan) 線。因此目前國內(nei) 發展IGBT應以先進工藝為(wei) 基礎，走“虛擬IDM”方式，充分結合終端用戶，走產(chan) 學研發展之路，發揮市場優(you) 勢，走出中國特色，在此基礎上進行整合，使我國最終發展成為(wei) 全球功率半導體(ti) 的研發生產(chan) 大國。#p#分頁標題#e#

專(zhuan) 家觀點

北京工業(ye) 大學電子工程係博士生導師亢寶位

“我國IGBT的設計與(yu) 加工是分離還是統一？應早日形成共識以免浪費資源。”

作為(wei) 半導體(ti) 器件主體(ti) 的微電子器件已經發展成為(wei) 兩(liang) 大分支：半導體(ti) 集成電路和半導體(ti) 功率器件。前者用於(yu) 信息處理，後者用於(yu) 能量(電能)處理。1980年之後國際上主流的半導體(ti) 功率器件由可控矽發展為(wei) 更先進的絕緣柵雙極晶體(ti) 管(IGBT). 它用起來更簡單方便，用它製造的電力裝置體(ti) 積小、重量輕、成本低、更節能。我國對其重要性認識較遲，落後於(yu) 國際約20年才起步，2005年之後才逐步提上日程，重點加以提倡和扶持。

目前我國IGBT(含配套的超快FRD)產(chan) 業(ye) 的現狀是：在封裝方麵，通過自己開發和技術引進，已經解決(jue) 了電壓可達6500KV、電流可達幾千安培的IGBT功率模塊封裝(內(nei) 含FRD)的批量生產(chan) 技術；在芯片方麵，已經開發出耐壓1700V以下(含1700V)的IGBT和超快FRD。

目前我國IGBT產(chan) 業(ye) 存在的主要問題是：一是芯片國產(chan) 化還沒有真正解決(jue) 。耐壓高於(yu) 1700V的產(chan) 品有待開發；耐壓低於(yu) (含)1200V的產(chan) 品有待用戶考驗，改進質量才能達到市場大批量接納水平，這還需一段不短的磨合過程；二是我國自產(chan) 的IGBT芯片技術還基本采用國際上1980年代末期推出的NPT-IGBT技術，其後國際上出現了更先進的產(chan) 品，如溝槽柵FS-IGBT、表麵載流子濃度增強IGBT等，我國還沒有開發成功或者還沒有開始開發；三是IGBT模塊封裝用的關(guan) 鍵零部件還需進口；四是更優(you) 越的、以SiC為(wei) 代表的新材料IGBT的研發才剛剛開始納入重點；五是國際上IGBT的生產(chan) 高度集中於(yu) 少數幾家大公司，他們(men) 采用互不相同的、獨有的器件結構和工藝技術，中國需要創造出自己的IGBT製造技術才能獨立生存，否則就隻能生產(chan) 落後的產(chan) 品或者向外國公司支付高額的技術費用。

除以上技術問題外，還有產(chan) 業(ye) 鏈運行機製問題。在國外，IGBT產(chan) 業(ye) 與(yu) 集成電路產(chan) 業(ye) 是完全不同的。集成電路產(chan) 業(ye) 是設計與(yu) 加工分離，由專(zhuan) 門的設計公司進行電路設計和專(zhuan) 門的代工企業(ye) 進行製造，電路中晶體(ti) 管的器件設計和加工技術都同屬於(yu) 代工企業(ye) ，但是國外各大公司IGBT的設計與(yu) 製造卻是不分離的。這是因為(wei) IGBT本身隻是一個(ge) 器件，沒有電路，所以不存在電路設計問題。此外各大公司IGBT的設計與(yu) 製造技術也各不相同，都有自己的技術秘密，不便於(yu) 統一代工。我國IGBT的設計與(yu) 加工是分離還是統一？應早日統一認識以免浪費資源。

我國IGBT產(chan) 業(ye) 已經取得了很大的進步，但要在國際競爭(zheng) 中占有一席之地，還有很長的路要走，可能需要十幾年或幾十年的時間，還需要本行業(ye) 腳踏實地的長期努力和政府長期持續的扶持。

江蘇宏微科技有限公司總裁趙善麒

“下一步要取得更大的發展，需從(cong) 整個(ge) IGBT產(chan) 業(ye) 鏈方麵考慮如何加強和提升IGBT器件的水平。”

與(yu) 國外相比，目前國內(nei) IGBT產(chan) 品的品種方麵還不完善，特別是在芯片產(chan) 品方麵；高電壓(1700V以上)產(chan) 品還是空白；高壓1200V以上高壓IGBT的區熔單晶也基本是空白，國內(nei) 尚無Field Stop工藝平台。宏微科技用其專(zhuan) 有的NPT技術實現了Field Stop技術的特性。國內(nei) Trench IGBT仍在開發中，尚無商品化的產(chan) 品，需要在正麵的Trench工藝、背麵的減薄和離子注入工藝上下工夫。#p#分頁標題#e#

雖然目前矽是IGBT的主流，SiC(碳化矽)及GaN(氮化镓)也開始有所應用。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，但是IGBT應用還遙遙無期。GaN目前主要產(chan) 品也是二極管和LED。

最近中國大陸投資興(xing) 建了IGBT 8英寸芯片生產(chan) 線、中科院微電子所超高壓IGBT6500V阻斷電壓成功等，表明我國IGBT領域已取得了一定的進展。下一步要取得更大的發展，就要從(cong) 整個(ge) IGBT產(chan) 業(ye) 鏈方麵考慮如何加強和提升IGBT器件的水平，如原材料、製造工藝、製造設備、測試和可靠性技術，以及應用拓展、人才培養(yang) 等。

未來溝槽柵、高壓和場截止型(FS)將代表IGBT的發展趨勢，但是在許多細節方麵(設計和工藝)需要考慮如何進一步改善IGBT的性能。要製造出性價(jia) 比更高、可靠性相當的IGBT器件和模塊，需要攻克的難點涉及整個(ge) IGBT產(chan) 業(ye) 鏈的問題，包括材料、製造工藝、製造設備和可靠性技術的提升等。