日本电装IGBT开发负责人谈SiC及GaN的发展潜力
日本电装IGBT开发负责人谈SiC及GaN的发展潜力在日本Synopsys于2010年7月9日在东京举办的“Synopsys TCAD Seminar 2010”研讨会上，日本电装就IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）的技术开发史发表了演讲。演讲的标题为“跨越1/4世纪的IGBT技术开发轨迹（1984～2009年）——没有TCAD，IGBT就不会有今天”。演讲者是在日本电装长年领导开发IGBT的该公司元器件开发部第2开发室（兼）电气开发部第2开发室主任户仓规仁。
户仓介绍说日本电子设备厂商、特别是东芝一直引领着上世纪80年代后期以后的IGBT开发。户仓表示，以堪称IGBT开发第一人的中川明夫为代表，东芝区区数人的团队取得了里程碑式的成果。在此过程中，仿真工具（TCAD）是IGBT技术人员最好的助手。现在，在IGBT破坏分析以及新构造提案中，TCAD 是必需的手段。例如，东芝于1993年发布的IEGT（Injection Enhanced Gate Transistor），在实体元器件运行实证的2年多以前，就通过仿真对运行进行了验证。IEGT成了现在广泛使用的沟道型IGBT的基本原理。
在上世纪80～90年代，仿真时不得不使用比目前电脑的性能还要差得多的超级计算机。例如，中川在上世纪80年代利用工作频率只有区区数十MHz的计算机，成功地进行了GTO（Gate Turn Off Thyristor）的切断（Turn Off）动作的仿真。据称，这是一项堪称功率半导体仿真分析先驱的成果。
作为IGBT的后继技术，近期SiC及GaN等采用宽禁带（Wide Gap）半导体的MOS FET颇受关注
——采用SiC及GaN的功率半导体即将迎来实用阶段。特别是SiC在汽车用途方面被寄予了厚望。你怎么看SiC的发展潜力？
在汽车领域，目前很难想像SiC-MOSFET取代大部分硅制IGBT的状况出现。即使汽车厂商在不久的将来会采用SiC-MOSFET，但至少最初旨在宣传通过配备SiC-MOSFET的汽车量产化领先于业界这一点的旗舰产品的意味会比较强。目前，SiC-MOSFET不仅成本比硅制IGBT高得多，栅极绝缘膜可靠性的保证以及相应封装技术的开发等有待解决的问题还很多。特别是，在功率半导体方面封装技术非常重要。这是因为，作为封装可提供什么样的功能，对客户而言是最重要的一点。SiC不能直接沿用在硅材料上培育出的封装技术。即使单就钎焊材料这一点
来看，可支持SiC的好材料尚未出现，这是不争的事实。SiC与硅之间的这一点差异相当大。另一方面，硅制IGBT还有性能提升的余地。有的理论预测甚至认为其可实现超过SiC及GaN的性能。我不认为硅制IGBT会那么轻易地被SiC-MOS FET所取代。
——虽然SiC-MOSFET尚未实用化，但SiC二极管投产的事例却日益增多。有没有首先SiC 二极管在汽车上得到采用的可能性？
有这个可能性。这是我的一己之见，也许最早在这2～3年以内汽车厂商就会采用SiC二极管。这是因为，如果与MOSFET相比，二极管目前以以较高的成品率进行制造在技术上是可行的。MOSFET如果SiC底板上存在缺陷，便根本无法提高成品率，但如果是二极管，则比较不容易受到底板缺陷的影响。然而，SiC二极管的噪声有可能比硅二极管更大的担忧也并非不存在。
——日本电装在SiC方面会采取哪些举措？
我目前负责的是硅制IGBT部门，SiC由别的部门负责进行开发。两个部门目前处于分别进行开发的状况下。SiC尚处于研究开发阶段，而不是马上可将技术移交给生产线及业务部的阶段。当然，如果客户有关于SiC的具体询价的话，我们会建立相应的应对体制。
——对于GaN你是怎么看的？
近年来，我开始觉得也许GaN比SiC有更大的发展潜力。2009年，出现了采用GaN的常闭（Normally Off）型MOS FET的开发事例。这可以称为采用GaN 的功率半导体开发的一大里程碑。在比以往设想的耐压更大的领域，GaN-MOS FET有了被采用的可能。由于与SiC-MOS FET为纵向型元器件不同，GaN-MOS FET为横向型元器件，因而容易将外围芯片集成在同一底板上。这一点很有吸引力。由于可采用硅底板，因此不会像SiC那样受到底板尺寸的限制。将来在汽车领域，有可能分为SiC-MOS FET及GaN-MOS FET分别采用。
——今后SiC-MOS FET何时实现实用化将成为关注的焦点。虽说在此项技术的开发方面日本厂商领先一步，但要想在实用化方面领先于海外厂商，必需做到什么？
刚才我说到，硅制IGBT还不会让位给SiC-MOS FET，当然，在像SiC-MOS FET这样的新技术开发方面，业界今后的全力投入非常重要。在这种新技术的开发方面，业界合作至关重要的同时，说到底必要的资金投入也必不可少。近日，
三菱电机宣布将构筑SiC功率半导体的试制生产线，以及向这方面的开发投入100亿日元以上。该公司虽然在开始开发SiC功率半导体方面不一定是先行者，但上述举措可能意味着其将凭借电力电子（Power Electronics）领域的优势全力开发SiC功率半导体。对于这种果断的投资决策，如果考虑到业界的将来我觉得应予以高度评价。