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創新技術推動國家功率半導體產業持續發展

----中車時代半導體兩項“嵌入式溝槽發射極”IGBT技術成果在國際頂級功率半導體會議ISPSD上成功發表

發布時間:2018-06-22 瀏覽量:1342 來源: 字號:[ ]

5月13日至17日,國際公認的功率半導體領域權威的學術會議——第三十屆國際功率半導體器件與集成電路年會(The 30th IEEE International Symposium on Power Semiconductor Devices and Ics,以下簡稱ISPSD)在美國芝加哥舉行, 本屆會議也是“ISPSD 30周年盛典”。來自全球23個國家和地區的知名功率半導體公司、產業界和學術界人員參與了此次盛會。

本次ISPSD 會議中車時代半導體發表了兩項“嵌入式溝槽發射極”IGBT(RET-IGBT)方面的成果,獲得業界的廣泛關注。

近年來,中車時代半導體一直致力于高功率密度IGBT研究并獲得了一定成果。2017年,在日本札幌召開的第29屆ISPSD中車時代半導體首次發布了1700V RET-IGBT的技術成果。今年在美國芝加哥召開的第30屆ISPSD,中車時代半導體再次發布RET-IGBT技術上取得的兩項新突破,分別應用于750V和3300V電壓等級IGBT,將中國功率半導體產業的發展推向了一個新的高度。

中車時代半導體RET-IGBT技術成果獲得業界廣泛關注

精細溝槽是實現高功率密度IGBT的主流技術路線。隨著精細化程度的提高,IGBT特征線寬不斷降低,制造難度不斷增大,對IGBT生產線的要求不斷提高。中車時代半導體具有自主知識產權的RET-IGBT技術,創新性地在發射極下方嵌入一個或多個溝槽,在不降低發射極接觸窗口線寬、不增加工藝難度的前提下,可大幅提高IGBT精細化程度。同時,RET結構為空穴載流子提供了額外的傳輸路徑,可降低“P基區/ N+源區”結上的壓降,從而提高閂鎖被觸發的閾值,大幅拓展IGBT的安全工作區SOA。該技術使得在相同的特征尺寸下,進一步全面提高IGBT導通壓降VCE(ON)—關斷損耗EOFF—安全工作區SOA折衷性能成為可能,具有顯著的技術優越性,可廣泛應用于電動汽車、軌道交通、智能電網、新能源等戰略性新興產業。

RET-IGBT結構示意圖

相對常規結構IGBT,RET-IGBT可為空穴提供額外的傳輸路徑

針對電動/混動汽車應用需求,中車時代半導體進一步對RET-IGBT的Dummy區進行結構優化,提出具備“嵌入式溝槽陪柵(RDT)”結構的RET-IGBT,并結合薄片技術,成功將RET-IGBT運用于汽車級750V IGBT上,導通壓降VCE(ON)—關斷損耗EOFF折衷關系大幅提升。相對于常規IGBT結構,RET-IGBT導通壓降VCE(ON)降低0.35V,降幅達17.1%;結合RDT結構,導通損耗EON和關斷損耗EOFF進一步分別降低34.9% 和12.3%。

具備RDT結構的RET-IGBT結構示意圖

具備RDT結構的750V RET-IGBT VCE(ON)EOFF折衷關系提升,開關損耗降低

針對軌道交通、智能電網等領域的應用要求,中車時代半導體將RET-IGBT技術拓展至3300V電壓等級。通過仿真器件特性,發現短路狀態下RET-IGBT的溝道耗盡僅發生在臺面一側,即使在亞微米級(0.5μm)臺面寬度下,RET-IGBT也能有效抑制臺面間P基區的電導調制發生,利于短路安全工作區SCSOA的拓展。制備的3300V RET-IGBT獲得了強健的SCSOA和RBSOA性能。

3300V RET-IGBT在短路狀態下的仿真結果

自1992年第四屆ISPSD開始,該會議每年舉辦一次,輪流在日本、美國、歐洲進行。近年來,以中國為代表的亞洲地區功率半導體領域產業界和學術界對行業的影響力日趨加強,2015年,ISPSD首次在中國舉辦,亞洲地區(除日本外)也增加成為ISPSD四個輪值舉辦地之一。2019年5月19日,第31屆ISPSD也將在上海舉行。中車時代半導體將在包括IGBT和SiC器件在內的功率半導體領域持續深耕細作,帶來更好的技術和產品,為推動中國功率半導體產業快速發展而不懈努力。

 

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