PT与NPT结构与原理对比

随着智能网联汽车、新能源、智慧照明、智慧交通等行业的快速发展，新型功能器件的节能功效越来越受重视，尤以IGBT为代表的快充技术更被视作未来十年的发展趋势。特别是中美贸易摩擦时期，中国国内IGBT厂商将面临前所未有的机遇。

1．PT-IGBT

所谓PT（Punch Through，穿通型），是指电场穿透了N-漂移区（图1中③），电子与空穴的主要汇合点在N一区［图1（c）］。

NPT在实验室实现的时间（1982 年）要早于PT（1985），但技术上的原因使得PT规模商用化的时间比NPT早，所以第1代IGBT产品以PT型为主。

PT-IGBT很好地解决了IGBT的闩锁问题，但是需要增加外延层厚度，技术复杂，成本也高。IGBT芯片中的外延层与电压规格是直接相关的，电压规格越高、外延层越厚，IZOOV、2000V的PT-IGBT外延层厚度分别达到了100μm和200μm。

2．NPT-IGBT

所谓NPT（Non-Punch Through，非穿通），是指电场没有穿透N-漂移区，构如图3所示。NPT的基本技术原理是取消N十缓冲区（图1中的④），直接在集电区（图1中的⑤）注入空间电荷形成高阻区，电子与空穴的主要汇合点换成了P十集电区。这项技术又被称为离子注入法、离子掺杂工艺。

3．PT-IGBT与NPT-IGBT生产工艺与技术性的区别

PT与NPT型IGBT是目前的主流产品类型，600V 电压规格的IGBT基本上是PT型，600v以下则全是PT型。二者在生产工艺与技术性能上的差别参见表 1。

项目PT-IGBT芯片NPT-IGBT芯片

生产工艺与芯片结构原料f单晶硅）低电阻率的P+单晶硅（生成P+背发射区）高电阻率的N-单晶硅（生成N-漂移区）

外延工艺需要不需要MOS结构在外延层中在单晶硅中芯片减薄工艺基本不需要（为了保证电压规格）需要（有利于提高性能）

离子注入工艺不需要（P+背发射区已经生成）需要（生成P+背发射区）

高能离子辐照工艺需要（中子、电子等）（目的是提高开关速度）不需要成本100%约75&技术指标与性能饱和压降低，负温度系数高，正温度系数

开关功耗低高

关断功耗高，收温度的影响大低，受温度的影响小关断时间长（饱和压降指标相同时）短（饱和压降指标相同时）

拖尾电流短，受温度的影响大长，受温度的影响小

闩锁易出现，抗短路能力弱不易出现，抗短路能力强

雪崩击穿抗雪崩击穿能力低抗雪崩击穿能力高并联复杂，饱和压降指标需要配对容易，饱和压降指标不一定需要配对

PT与NPT生产工艺的区别如下：

·PT-IGBT芯片的生产从集电区（P+背发射区）开始，先在单 晶 硅的背面生成低掺杂的P+发射区，然后用外延工艺在单晶硅的正面依次生成N十缓冲区、MOS结构。

·NPT-IGBT芯片的生产从基区（N-漂移区）开始，先在N型单 晶 硅的正面生成MOs结构，然后用研磨减薄工艺从背面减薄到 IGBT 电压规格需要 L的厚度，再从背面用离子注入工艺生成集电区。