IGBT核心技術及人才缺失 工藝技術缺乏

　　新型電力半導體器件的代表，IGBT的產(chǎn)業(yè)化在我國還屬空白。無論技術、設備還是人才，我國都處于全方位的落后狀態(tài)。應當認識到，電力半導體器件和集成電路在國民經(jīng)濟發(fā)展中地位同樣重要，因此，政府應該對IGBT產(chǎn)業(yè)予以大力扶持。

　　眾所周知，電力電子技術可以提高用電效率，改善用電質量，是節(jié)省能源的王牌技術。當今以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的新型電力半導體器件是高頻電力電子線路和控制系統(tǒng)的核心開關元器件，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)的技術發(fā)展起著十分重要的推動作用。

　　認識不足導致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，這些攻關的成果只是做出了技術樣品，而沒能把技術樣品變?yōu)楣こ坍a(chǎn)品并且實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

　　很長時間以來，在半導體行業(yè)中有相當一部分人認為我們國家已掌握了0.15微米、8英寸的集成電路技術，IGBT的0.5微米、6英寸的技術應沒有太大難度。事實上它們的差別在于：集成電路的技術難點在于拓撲結構及版圖設計，其生產(chǎn)工藝較為規(guī)范化和標準化，只要版圖設計好了，在一條常規(guī)的線寬合適的IC流水線上流片應不會有太大的問題;而IGBT正好相反，其設計技術相對而言不太復雜，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)的特殊性和復雜性。

　　我國的IGBT器件之所以沒能最終實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有一個重要原因是缺少產(chǎn)業(yè)化的技術經(jīng)驗和人才。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，國內高校和研究機構的興趣大多轉移到SiC和GaN寬禁帶半導體器件及電源管理芯片方向，目前國內只有兩三家高校及院所還在進行與IGBT器件相關的研發(fā)，并且主要限于計算機仿真研究。這就導致了我國在IGBT設計和研發(fā)方面的人才奇缺。

　　缺少核心產(chǎn)業(yè)化技術

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

　　為了實現(xiàn)大電流，IGBT采用了多原胞并聯(lián)技術，每個原胞的開通和關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。

　　為了實現(xiàn)高電壓，在IGBT芯片上采用了高壓終端技術及鈍化技術。終端的面積約占IGBT芯片總面積的20%。另外，有些應用場合還需將幾個IGBT進行串聯(lián)以滿足耐壓要求，IGBT的串聯(lián)技術必須考慮動態(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、結構、少子壽命及集電極發(fā)射效率進行精確的控制。為了提高散熱效率，除了盡可能地降低器件的通態(tài)和開關損耗之外，還需要對IGBT芯片進行減薄。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，國內缺少此類器件的產(chǎn)業(yè)化設計、生產(chǎn)、封裝、測試和可靠性試驗等一套完整的技術。即使有些部門掌握了部分技術，但也不系統(tǒng)、不完整。而國外公司在IGBT的產(chǎn)業(yè)化技術方面對我國還是實行嚴密的封鎖政策。這就嚴重制約了IGBT器件在我國的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。