第五届电气研讨沈征报告

1、IGBT器件技术发展近况与展望器件技术发展近况与展望沈征湖南大学超大功率半导体中心2012年10月27日 2012电工论坛提纲 功率半导体的应用与市场功率半导体的应用与市场 IGBT器件技术的发展历程 IGBT电导调制效应的不断改善 高压特大容量IGBT的发展动态 IGBT器件技术的未来展望 结束语2功率半导体的应用与市场3宽宽禁禁带带半半导导体体开关开关频频率率 Hz100M10M1M100k10k1k1001001k10k100k1M功率水平功率水平 VABJT10MMOSFET100M硅材料极限硅材料极限晶闸管晶闸管IGBT功率集成功率集成电电路路功率半导

2、体的应用与市场4功率MOSFET、二极管、IGBT 分立功率器件2010年的全球销售额为141亿美元亿美元。(Yano及IMS2010市场报告）2008年全球销售额 (iSupply）功率半导体的应用与市场5 2012电工论坛电机传动和电力半导体的发展进程6提纲 功率半导体的应用与市场 IGBT器件技术的发展历程器件技术的发展历程 IGBT电导调制效应的不断改善 高压特大容量IGBT的发展动态 IGBT器件技术的未来展望 结束语7IGBT器件技术的发展历程81980199020002010GE和RCA率先研制成功PT-IGBT东芝解决了Latch-Up问题所有主要功率半导体公司均开发出自己的P

3、T-IGBT西门子开发NPT-IGBT沟槽栅IGBT东芝开发IEGT即高压电导增强型IGBTIGBT模块封装技术各主要厂商均开发出Field-Stop薄片IGBT三菱开发电导增强型CS-IGBTIGBT压接封装技术IGBT理论极值预测碳化硅IGBT整晶圆IGBT纳米IGBTMCT器件IGBT器件设计优化考虑9IGBT关断过程关断过程IGBT开通过程开通过程中压IGBT器件技术的发展10Shen & Omura, Proceedings of the IEEE, April 2007电场终止型(Field Stop)薄硅片技术11Shen & Omura, Proceedings

4、 of the IEEE, April 20071200V薄硅片加工技术的发展121995300 m2008 100 m1999185 m2001128 mJ. Vobecky, ISPSd2008IGBT性能指标的改善历程13单位面积等效电阻单位面积等效电阻RDS(ON)=饱和压降饱和压降/电流密度电流密度RDS(ON) (m-cm2)EOFF 0.1mJ/A , Vcc= 600V1200V IGBT 125oC中压IGBT器件技术的发展前景 器件设计理念日趋成熟 加工工艺和加工成本还有一定的发展空间 器件性能和可靠性起决定因素 器件的具体电路应用有相当的研究空间14提纲 功率半导体的应用

5、与市场 IGBT器件技术的发展历程 IGBT电导调制效应的改善电导调制效应的改善 高压特大容量IGBT的发展动态 IGBT器件技术的未来展望 结束语15IGBT电导调制效应的不断改善16N-N+P+N-理想理想PiN二极管二极管P+N-P+常规常规IGBT改进后的改进后的IGBT高阻瓶颈区高阻瓶颈区过量载流子分布过量载流子分布提纲 功率半导体的应用与市场 IGBT器件技术的发展历程 IGBT电导调制效应的不断改善 高压特大容量高压特大容量IGBT的发展动态的发展动态 IGBT器件技术的未来展望 结束语17高压特大容量IGBT的市场需求 3300/4500/6500伏，500-5000安培 电压

6、源型逆变器（取代GTO或IGCT）：中压变频器、风电和输配电系统的市场空间18新投产的热轧钢生产线数量 （来源：东芝三菱2012年）高压特大容量IGBT的典型电路 H桥级联 NPC多电平换流器 IGBT串联使用19高压特大容量IGBT的应用20SPEED2012（来源：ABB） 轻型直流输电、柔性交流输电和特大容量电压源型变频器系统的核心器件 输变电、新能源发电、电能质量控制，工业电机节能、轨道交通、冶金、化工等领域中新的战略增长点高压特大容量IGBT的发展方向21宽宽禁禁带带半半导导体体开关开关频频率率 Hz100M10M1M100k10k1k1001001k10k100k1M功率水平功率水平 VABJT10MMOSFET100M硅材料极限硅材料极限晶闸管晶闸管IGBT功率集成功率集成电电路路特大容量特大容量IGBT特大容量IGBT主要技术瓶颈难题 目前IGBT芯片尺寸2cm2，单管额定电流2) 电力电子技术的研发者不应只局限于使用市场上现有的产品，而是应该和器件研发团队共同开发“器件/线路/系统”整体创新方案，共同冲击世界先进水平33欢迎同仁们的合作 湖南大学超大功率半导体中心以支持中国电力电子企业发展，