2011-2015年中国IGBT(绝缘栅双极型晶体管)产业研究与投资咨询报告
2011-2015年中国IGBT（绝缘栅双极型晶体管）产业研究与投资咨询报告
第一章功率件概述
第一节功率件器件的分类
一、功率IC
二、功率分立器件的分类
1、功率分立器件
2、功率晶体管
3、IGBT
第二节功率器件的应用
第三节功率器件应用领域现状
一、工业控制
二、计算机
三、网络通信
四、消费电子
五、汽车电子
第四节功率器件主要产品市场现状
一、电源管理IC
二、晶闸管
三、IGBT
四、达林顿管
五、大功率晶体管
六、MOSFET
第二章 IGBT 产业发展的宏观经济环境分析
第一节国际经济环境
一、金融危机的爆发
二、金融危机对实体经济影响
三、金融危机对 IGBT 产业发展的影响
第二节我国目前的宏观经济形势
一、宏观经济运行进入调整期
二、社会总需求有所放缓
三、政府、企业和居民收入增幅回落
四、金融调控从持续从紧转为适度放松
第三节我国当前的宏观经济政策
一、当前政策取向
1、财政政策由温和转向积极（扩张）
2、货币政策由持续从紧转向知度宽松
3、汇率由温和的升值转为适度贬值
4、出口政策由限制转为积极（提高商品出口退税率）
二、具体措施
1、国务院常务会议提出扩大内需的十项举措
2、国务院九项金融政策促经济稳股市
第四节 IGBT 的相关产业政策
一、电子信息产业振兴规划出台，确定产业发展的三大任务和五项措施
二、国家科技部将IGBT的研制列为七大课题之一
三、国家信息产业部产品司就IGBT产业的发展专门召开研讨会
第五节 IGBT 产业未来三年发展的宏观经济环境分析
第三童 IGBT 产业的总体特征
第一节 IGBT 产业界定及产品主要种类
第二节 IGBT 产品的主要应用领域
一、工业控制领域
二、消费电子产品领域
三、汽车电子市场
四、计算机领域
五、网络通信领域
第三节 IGBT 产业在国民经济中的地位
第四章 IGBT 产业的发展状况
第一节 IGBT 产业的国际发展状况
一、行业规模
二、供需结构
三、技术发展状况
1 、技术发展历程
2 、技术现状
3 、技术创新和发展趋势
四、行业竞争格局和竞争力
第二节我国市场的总体运行状况
一、行业规模
二、供需结构
三、技术发展状况
第三节我国IGBT 产业存在的问题及发展的限制
第四节 IGBT 产业未来三年的发展状况分析
第五章 2009-2011年5月中国 IGBT 市场发展现状
第一节 IGBT 的分类
第二节中国 IGBT 市场规模
第三节中国 IGBT 产品结构
一、按电压分
二、按封装形式分
三、按应用领域分
第四节中国 IGBT 市场特点
第四节中国 IGBT 供需现状
第四节中国 IGBT 产品市场竞争格局
一、区域竟争
二、销售渠道
三、品牌结构
第六童中国 IGBT 市场供求格局分析
第一节中国 IGBT 市场供给分析
第二节中国 IGBT 市场需求分析
一、2007-2011年5 月中国 IGBT 市场规模分析
二、2011-2015 年中国 IGBT 市场规模预测
三、中国 IGBT 需求特性及结构分析
四、中国IGBT 进出口分析
第七章中国 IGBT 行业发展环境
第一节外部环境
一、国家政策
二、整机产量
第二节内部环境
一、价格
二、封装标准
第三节中国 IGBT 行业发展的优缺点
第四节中国 IGBT 行业发展面临的问题
第八章 IGBT 行业市场发展状况分析
第一节 IGBT 市场发展态势
一、快捷半导体新型 IGBT 可提供超低传导损耗
二、引领节能趋势IGBT 再度发力
三、用于焊机的超快速IGBT 技术
第二节中国IGBT 行业发展周期
第三节中国IGBT 行业发展 SWOT 分析
第九章 IGBT 技术概况
第一节国内市场最新技术运用状况
第二节国际市场最新技术运用状况
第三节国内技术市场区域优势
第四节新项目投资推荐区域（或省市）
第十章IGBT产业的需求状况调查
第一节2009-2011年5月我国市场IGBT需求状况
一、需求规模
二、需求结构
第二节下游产业的发展状况
一、工业控制领域
1、发展状况
2、对IGBT产品的需求状况
二、消费电子产品领域
1、发展状况
2、对IGBT产品的需求状况
三、汽车电子市场（电动汽车）
1、发展状况
2、对IGBT产品的需求状况
四、计算机领域
1、发展状况
2、对IGBT产品的需求状况
五、节能领域（智能电网）
1、发展状况
2、对IGBT产品的需求状况
六、新能源领域（太阳能、风力发电）
1、发展状况
2、对IGBT产品的需求状况
七、高铁、轨道交通领域
1、发展状况
2、对IGBT产品的需求状况
第三节IGBT产业未来三年的需求增长潜力
第十一章IGBT市场竞争分析
第一节企业市场结构分析
一、市场集中度分析
1、行业集中率（CRn）
2、赫尔芬达尔—赫希曼指数（HHI）
3、影响市场集中度因素分析
二、产品市场进入壁垒调研
1、进入壁垒分类
2、进入壁垒分析
第二节区域市场结构分析
一、省、市集中度分析
二、区域集中度分析
第三节生产商价格控制能力调研
第四节生产商对供应商谈判能力调研
第五节重点企业竟争战略调研
第十二章部分重点企业竞争力分析
第一书三菱电机株式会社
第二节富士电机
第三节东芝(toshiba)
第四节英飞凌（infineon ）半导体
第五节赛米控（Semikron )
第六节飞兆（Fairchild）
第七节国际整流器公司（IR）
第八节 IXYS 第九节意法半导休(ST〕
第十节西安爱帕克电力电子有限公司
第十一节株洲南车时代电气股份有限公司电力电子事业部
第十二节吉林华微电子股份有限公司
第＋三节南京银茂微电子制造有限公司
第十四节江苏宏微科技有限公司
第＋五节纂兴斯达半导体有限公司
第十六书科达半导体有限公司
第十七节深圳比亚迪微电子有限公司
第十八节无锡凤凰半导体科技有限公司
第十八节西安卫光科技有限公司
第十九节华威海新佳电子有限公司
第二十一节其他公司分析
第＋三章 IGBT 品牌价值调查
第一节行业品牌王要产品调查
第二节品牌竞争度及市场占有率调查
第三节品牌忠诚度调查
第四节品牌满意度调查
第十四章 IGBT营销策略调研
第一节、销售组织及结构调查分析
一、主要销售模式分析
二、主要销售组织架构分析
三、主要销警战略规划分析
第二节、销售区域调查分析
一、主要产品品种销售区域分布
二、新产品销售区域分布预测
第三节、品牌策略分析
第十五章 IGBT 产业发展前景预测
第一节未来三年全球经济形势和我国宏观经济走势对IGBT 发展的影响
第二节未来三年我国IGBT 市场环境预测
一、IGBT 市场消费能力和需求规模预测
二、IGRT 市场工业总产值和产能状况预测
三、IGBT 进出口情况预测
四、IGBT 销售状况预测
五、IGBT 主要产品价格走势预测
第三节 IGBT市场规模预测
一、IGBT行业集中度
二、IGBT市场发展趋势预测
三、IGBT市场供需趋势
第四节未来三年IGBT的行业竞争状况
一、行业竞争格局预测
二、各自竞争优势的发展变化
第五节 IGBT 企业运曹状况预测
部分图表目录：
图表；功率器件的分类
图表：功率器件的应用
图表：功率器件的应用领域
图表：功率器件的主要产品分析
图表：IGBT分类
图表；IGBT产品结构
图表: IGBT市场特点
图表：IGBT供需现状
图蓑：IGBT发展环境分析
图表：中国IGBT 发展的优缺点
图表；中国IGBT 发展面临的问题
图表：中国IGBT 行业发展周期
图袭：中国IGBT 行业发展Sw0T 分析
图表：2009-2011年5 月中国IGBT发展技术趋势图表: 2009-2011年5月中国IGBT行业集中度
图表: 2009-2011年5月IGBT行业应用领域
图表：2009-2011年5月中国IGBT供需趋势
图表：2011-2015年IGBT行业发展趋势预测
IGBT绝缘栅双极晶体管
IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的英文缩写 绝缘门双极性晶体管 绝缘栅双极晶体管缩写IGBT MOSFET是场效应管，因为只有一个极性的粒子导电，又称为单极性晶体管。 是功率管，有放大作用，IGBT的本质就是一个场效应管，不过是在场效应管的基础上 加上了P+层。是结合了场效应管＆双极性晶体管的特点。 IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。IGBT基本结构见图1中的纵剖面图及等效电路。 导通 IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分)。如等效电路图所示(图1)，其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。 当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET 电流)；空穴电流(双极)。 关断 当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子(少子)。这种残余电流值(尾流)的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高；交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。 鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的，尾流特性与VCE、IC和TC之间的关系如图2所示。 反向阻断
绝缘栅双极晶体管
绝缘栅双极晶体管 晶体管的发展 1947年的圣诞前某一天，贝尔实验室中，布拉顿平稳地用刀片在三角形金箔上划了一道细痕，恰到好处地将顶角一分为二，分别接上导线，随即准确地压进锗晶体表面的选定部位。电流表的指示清晰地显示出，他们得到了一个有放大作用的新电子器件！布拉顿和巴丁兴奋地大喊大叫起来。布拉顿在笔记本上这样写道：“电压增益100，功率增益40…… 实验演示日期1947年12月23日下午。”作为见证者，肖克莱在这本笔记上郑重地签了名。 1948年，肖克莱发明了“结型晶体管”。1948年7月1日，美国《纽约时报》只用了8个句子的篇幅，简短地公开了贝尔实验室发明晶体管的消息。“一石激起千层浪”，它就像颗重磅炸弹，在全世界电子行业“引爆”出强烈的冲击波。电子计算机终于就要大步跨进第二代的门槛！ 1950年：威廉·邵克雷开发出双极晶体管（Bipolar Junction Transistor），这是现在通行的标准的晶体管。 1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。 1954年10月18日：第一台晶体管收音机Regency TR1投入市场，仅包含4只锗晶体管。 1954年，贝尔实验室使用800支晶体管组装成功人类有史以来第一台晶体管计算机 TRADIC 1961年4月25日：第一个集成电路专利被授予罗伯特·诺伊斯（Robert N oyce）。最初的晶体管对收音机和电话而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小的晶体管，即集成电路。 1965年：摩尔定律诞生。当时，戈登·摩尔（Gordon Moore）预测，未来一个芯片上的晶体管数量大约每年翻一倍（10年后修正为每两年），摩尔定律在Electronics Magazine杂志一篇文章中公布。 1968年7月：罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔从仙童（Fairchild）半导体公司辞职，创立了一个新的企业，即英特尔公司，英文名Intel为“集成电子设备（integrated electronics）”的缩写。 1969年：英特尔成功开发出第一个PMOS硅栅晶体管技术。这些晶体管继续使用传统的二氧化硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极。 1971年：英特尔发布了其第一个微处理器4004。4004规格为1/8英寸 x 1 /16英寸，包含仅2000多个晶体管，采用英特尔10微米PMOS技术生产。 1978年：英特尔标志性地把英特尔8088微处理器销售给IBM新的个人电脑事业部，武装了IBM新产品IBM PC的中枢大脑。16位8088处理器含有2.9万个晶体管，运行频率为5MHz、8MHz和10MHz。8088的成功推动英特尔进入了财富（Forture） 500强企业排名，《财富（Forture）》杂志将英特尔公司评为“七十大商业奇迹之一（Business Triumphs of the Seventies）”。
NPN型双极晶体管(半导体器件课程设计)
微电子器件课程设计报告 题目： NPN型双极晶体管 班级：微电0802班 学号： 080803206 姓名：李子忠 指导老师：刘剑霜 2011 年6月6日
一、目标结构 NPN 型双极晶体管 二、目标参数 最终从IV曲线中提取出包括fT和 Gain在内的设计参数. 三、在该例中将使用: （1）多晶硅发射双极器件的工艺模拟； （2）在DEVEDIT中对结构网格重新划分； （3）提取fT和peak gain. ATLAS中的解过程: 1. 设置集电极偏压为2V. 2. 用 log语句用来定义Gummel plot数据集文件. 3.用extract语句提取BJT的最大增益"maxgain"以及最大ft,"maxft". Gummel plot:晶体管的集电极电流Ic、基极电流 Ib与基极-发射极电压 Vbe关系图(以半对数坐标的形式). 四、制造工艺设计 4.1.首先在ATHENA中定义0.8um*1.0um的硅区域作为基底，掺杂为均匀的砷杂质，浓度为2.0e16/cm3,然后在基底上注入能量为18ev，浓度为4.5e15/cm3的掺杂杂质硼，退火，淀积一层厚度为0.3um的多晶硅，淀积过后，马上进行多晶硅掺杂，掺杂为能量50ev，浓度7.5e15/cm3的砷杂质，接着进行多晶硅栅的刻蚀（刻蚀位置在0.2um 处）此时形成N++型杂质（发射区）。刻蚀后进行多晶氧化，由于氧化是在一个图形化（即非平面）以及没有损伤的多晶上进行的，所以使
用的模型将会是fermi以及compress，进行氧化工艺步骤时分别在干氧和氮的气氛下进行退火，接着进行离子注入，注入能量18ev，浓度2.5e13/cm3的杂质硼，随后进行侧墙氧化层淀积并进行刻蚀，再一次注入硼，能量30ev，浓度1.0e15/cm3，形成P+杂质（基区）并作一次镜像处理即可形成完整NPN结构,最后淀积铝电极。 4.2.三次注入硼的目的： 第一次硼注入形成本征基区;第二次硼注入自对准(self-aligned)于多晶硅发射区以形成一个连接本征基区和p+ 基极接触的connection.多晶发射极旁的侧墙(spacer-like)结构用来隔开 p+ 基极接触和提供自对准.在模拟过程中,relax 语句是用来减小结构深处的网格密度,从而只需模拟器件的一半；第三次硼注入,形成p+基区。 4.3.遇到的问题 经常遇到这样一种情况:一个网格可用于工艺模拟,但如果用于器件模拟效果却不甚理想.在这种情况下,可以用网格产生工具DEVEDIT 用来重建网格,从而以实现整个半导体区域内无钝角三角形. 五、原胞版图和工艺仿真结果： 用工艺软件ATHENA制作的NPN基本结构：
绝缘栅双极晶体管IGBT工作原理
绝缘栅双极晶体管IGBT工作原理 点击次数：1534 发布时间：2009-5-9 11:18:10 IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS（on）数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS（on）特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。较低的压降，转换成一个低VCE（sat）的能力，以及IGBT 的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。 一、导通 IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层（NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分）。其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。 当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流（MOSFET 电流）；空穴电流（双极）。 二、关断 当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子（少子）。这种残余电流值（尾流）的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高；交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。 鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的，尾流特性与VCE、 IC和 TC之间的关系如图2所示。 三、反向阻断 当集电极被施加一个反向电压时， J1 就会受到反向偏压控制，耗尽层则会向N-区扩展。因过多地降低这个层面的厚度，将无法取得一个有效的阻断能力，所以，这个机制十分重要。
绝缘栅双极型晶体管
绝缘栅双极型晶体管 一、 IGBT介绍 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 二、 IGBT的结构 左边所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+区称为源区，附于其上的电极称为源极（即发射极E）。P+区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极（即门极G）。沟道在紧靠栅区边界形成。在C、E两极之间的P型区（包括P+和P-区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region）。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区（Drain injector），它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极（即集电极C）。 IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP(原来为NPN)晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N-沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N-层的空穴（少子），对N-层进行电导调制，减小N-层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。 三、对于IGBT的测试 IGBT模块的测试分为两大类:一类是静态参数测试，即在IGBT模块结温为25C时进行测试，此时IGBT工作在非开关状态；另一类是动态参数测试，即在IGBT模块结温为1
PNP双极型晶体管的设计
目录 1.课程设计目的与任务 (2) 2.设计的内容 (2) 3.设计的要求与数据 (2) 4.物理参数设计 (3) 4.1 各区掺杂浓度及相关参数的计算 (3) 4.2 集电区厚度Wc的选择 (6) 4.3 基区宽度WB (6) 4.4 扩散结深 (10) 4.5 芯片厚度和质量 (10) 4.6 晶体管的横向设计、结构参数的选择 (10) 5.工艺参数设计 (11) 5.1 工艺部分杂质参数 (11) 5.2 基区相关参数的计算过程 (11) 5.3 发射区相关参数的计算过程 (13) 5.4 氧化时间的计算 (14) 6.设计参数总结 (16) 7.工艺流程图 (17) 8.生产工艺流程 (19) 9.版图 (28) 10.心得体会 (29) 11.参考文献 (30)
PNP 双极型晶体管的设计 1、课程设计目的与任务 《微电子器件与工艺课程设计》是继《微电子器件物理》、《微电子器件工艺》和《半导体物理》理论课之后开出的有关微电子器件和工艺知识的综合应用的课程，使我们系统的掌握半导体器件，集成电路，半导体材料及工艺的有关知识的必不可少的重要环节。 目的是使我们在熟悉晶体管基本理论和制造工艺的基础上，掌握晶体管的设计方法。要求我们根据给定的晶体管电学参数的设计指标，完成晶体管的纵向结构参数设计→晶体管的图形结构设计→材料参数的选取和设计→制定实施工艺方案→晶体管各参数的检测方法等设计过程的训练，为从事微电子器件设计、集成电路设计打下必要的基础。 2、设计的内容 设计一个均匀掺杂的pnp 型双极晶体管，使T=300K 时，β=120，V CEO =15V,V CBO =80V.晶体管工作于小注入条件下，最大集电极电流为I C =5mA 。设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。 3、设计的要求与数据 （1）了解晶体管设计的一般步骤和设计原则。 （2）根据设计指标设计材料参数，包括发射区、基区和集电区掺杂浓度N E , N B , 和N C ,根据各区的掺杂浓度确定少子的扩散系数，迁移率，扩散长度和寿命 等。 （3）根据主要参数的设计指标确定器件的纵向结构参数，包括集电区厚度W c ， 基本宽度W b ，发射区宽度W e 和扩散结深X jc ,发射结结深X je 等。 （4）根据扩散结深X jc ,发射结结深X je 等确定基区和发射区预扩散和再扩散的扩 散温度和扩散时间；由扩散时间确定氧化层的氧化温度、氧化厚度和氧化 时间。 （5）根据设计指标确定器件的图形结构，设计器件的图形尺寸，绘制出基区、 发射区和金属接触孔的光刻版图。
绝缘栅双极晶体管(IGBT)的基本特性与驱动
绝缘栅双极晶体管（IGBT）的基本特性与 驱动 张冬冬 （华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206）The Basic Characteristics and the Drive of Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Zhang Dong-dong (School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China) ABSTRACT: IGBT is short for Insulate Gate Bipolar Transistor. It greatly expands the semiconductor device applications field in power industry, as it has multiple advantages of MOSFET and GTR. For example, it improves the performance of the air conditioner remarkably when used in convert circuits in frequency conversion air conditioner.GTR saturated pressure drop, the carrier density, but the drive current is larger; MOSFET drive power is small, fast switching speed, but the conduction voltage drop large carrier density. IGBT combines the advantages of these two devices, drive power is small and saturated pressure drop. V ery suitable for DC voltage of 600V and above converter systems such as AC motor, inverter, switching power supply, electric lighting. KEY WORDS：IGBT, converter, switching power supply 摘要：IGBT的全称是Insulate Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极晶体管。它兼具MOSFET 和GTR的多项优点，极大的扩展了半导体器件的功率应用领域。例如将之应用于变频空调逆变电路当中，显著地改善了空调的性能。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。关键词：绝缘栅双极晶体管，逆变器，变频器，开关电源 1 IGBT器件的发展和研究现状 1.1 电力器件的发展历史 IGBT的全称是Insulate Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极晶体管，它是适应了功率半导体器件(也叫电力电子器件)的发展而产生的。 自1982年IGBT由GE公司和RCA公司首先宣布以来，引起了世界许多半导体厂家和研究者的再砚，围际上再大半导体公司都投入巨资发展IGBT，GE公司称之为IGT(Insulated Gate Transistor)；RCA公司称之为COMFET(Conductivity Modulated FET)；Motorola公司称之为GEMFET(Gain Enhancement FET)：IXY公司称之为MOS-IGT；东芝公司称之为IGBT、IGR(Insulated Gate Rectifier)、BIFET(Bipolar FET)，目前已统一称为IGBT。 经过二、三十年的发展，IGBT大略经历了以下几个阶段： 在IGBT发明之仞，首先大规模制造的主要是穿通型IGBT(PT-IGBT)，其饱和压降较高，开关叫间较长：其后是寻求IGBT图形设计的最佳化；接下来是抑制寄生器件的工作：然后是通过引入微细化工艺来改善IGBT的综合特性：90年代中至今，人们热
绝缘栅双极晶体管结构与工作原理解析
绝缘栅双极晶体管结构与工作原理解析 绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar TransistorIGBT）综合了电力晶体管（Giant TransistorGTR）和电力场效应晶体管（Power MOSFET）的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT 的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的 区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器（逆变器）、照相机的频闪观测器、感应加热（InducTIonHeaTIng）电饭锅等领域。根据封装的不同，IGBT大致分为两种类型，一种是模压树脂密封的三端单体封装型，从TO－3P到小型表面贴装都已形成系列。另一种是把IGBT与FWD （FleeWheelDiode）成对地（2或6组）封装起来的模块型，主要应用在工业上。模块的类型根据用途的不同，分为多种形状及封装方式，都已形成系列化。 ? ? IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。MOSFET由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS（on） 数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS（on）特性，但是在高电平时， 功率导通损耗仍然要比IGBT 高出很多。IGBT较低的压降，转换成一个低
绝缘栅双极晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究
课程名称：电力电子器件指导老师：陈辉明成绩： 实验名称：实验类型：同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 实验二绝缘栅双极晶体管（IGBT)特性与驱动电路研究 一、实验目的和要求 1、熟悉IGBT 主要参数与开关特性的处理方法。 2、掌握混合集成驱动电路M57859L 的工作原理与调试方法。 3、研究IGBT 主要参数与开关特性。 二、实验内容和原理 实验原理： 见《电力电子器件实验指导书》（汤建新编著）34 页至38 页“IGBT 特性与驱动电路研究”中“二.实验线路及原理”。 混合集成驱动电路M57859L： M57859L 是高度集成的专为IGBT 设计的栅极驱动电路，芯片提供了驱动所需要的要求，包括短路 过流保护，过流定时恢复，栅极封锁保护，输入隔离等功能。
芯片的原理图如下： 三、主要仪器设备 1、DSX 01 电源控制屏 2、DDS 16“电力电子自关断器件特性与驱动电路”实验挂箱 3、DT 10“直流电压电流表实验挂箱” 4、数字示波器等 四、操作方法和实验步骤 1、IGBT 主要参数测试 2、M57959L 主要性能测试 3、IGBT 开关特性测试 4、过流保护性能测试 五、实验数据与分析 1、IGBT 主要参数测试 1.1 开启阀电压V gs(th)测试
调节栅极电压，测量集电极电流，记录输入，并特别观察电流为1m A 时的栅压，此时为开启电压。 记录数据如下： 当电流为一毫安时开通电压为6.18V 1.2 跨导g m 测量 根据1.1 测得是数据，计算得gm，绘制成曲线如下：
探究绝缘栅双极晶体管的原理及应用
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/f45483464.html, 探究绝缘栅双极晶体管的原理及应用 作者：秦慧娴 来源：《大经贸》2018年第07期 【摘要】絕缘栅双极晶体管（IGBT）是近十多年来为适应电力电子技术发展而出现的新型器件。是整机系统提高性能指标和节能指标的首选产品。它集高频率、高电压、大电流等优点于一身，是国际上公认的电力电子技术第三次革命的最具代表性的产品。本文着重介绍它的结构、工作机理、静态特性、动态特性以及主要参数，为使用该类器件奠定基础IGBT是上世纪80年代初研制成功，并在其性能上，经过几年的不断提高和改进，以成熟的应用于高频大功率领域。因此本文还介绍了IGBT国内外发展简况，将详细地说明了IGBT的重要特性及其应用基础技术，列出了在家用电器、电焊机、电动机等方面应用的一些基本电路。 【关键词】绝缘栅双极晶体管等效电路静态特性动态特性 一、 IGBT的结构和原理 绝缘栅双极晶体管是一种新型的电力半导体器件，它既具有功率场效应晶体、管高速、高输入阻抗的特性，又具有双极达林顿晶体管饱和电压低、电流大、反压高的特性[2]。这种器件在1982年由美国RCA与G E公司试制成功，后经美国IR 公司、欧洲 S G S公司和菲利浦公司、日本东芝、富士电机、日立公司等的改进，于80年代末实现了商品化，自此其应用技术日趋成熟，在电力电子技术中扮演了重要角色。 1.1 IGBT的结构和工作机理 它是在功率MOSFET的基础上发展起来的，他与功率MOSFET不同之处在与多了一个p+发射区，由该区引出IGBT的漏极（或称集电极），这样IGBT就比MOSFET多了一个PN 结。IGBT的栅极和源极的引出处与功率MOSFET相同。从IGBT的结构可相应得出它的等效电路，由于非对称型IGBT加入的N+区紧靠N-区都是N区，只是参杂浓度不同，所以两种不同类型的IGBT其等效电路是相同的。它们都由三个结，半导体类型的层次也相同。 IGBT既然是以MOSFET为驱动元件和双极晶体管为主导元件的复合器件，它的开通、关断就必然与MOSFET相同，是由栅极电压来控制的。栅极加正电压时，MOSFET内形成沟道并为双极晶体管提供基极电流，进而使IGBT导通，此时从发射区注入到N-区的空穴对N-区进行电导调制，减少N-漂移区的电阻RMOD。使高耐压的IGBT也具有低导通电压特性。IGBT栅极上施加负电压时，MOSFET的沟道消失，PNP晶体管被切断，IGBT即处于关断状态。由此可见，IGBT的驱动原理与MOSFET管基本相同。由于等效双极晶体管是IGBT的主导元件，因此IGBT具有大电流传输能力。 二、 IGBT的特性
PNP双极型晶体管课程设计
pnp双极型晶体管课程设计学生姓名馥语甄心
目录 1.设计任务及目标......................................................................P1 2.概述－发展现状......................................................................P1 3.设计思路.................................................................................P2 4.各材料参数和结构参数的设计...............................................P2 4.1原材料的选择....................................................................................P2 4.2各区掺杂浓度和相关参数的计算....................................................P4 4.3集电区厚度Wc的选择.....................................................................P5 4.4基区宽度WB的选择........................................................................P7 4.5扩散结深及发射区面积、基区面积的确定....................................P7 5.工艺参数设计.........................................................................P8 5.1硅片氧化相关参数............................................................................P8 5.2基区扩散相关参数............................................................................P9 5.3发射区扩散相关参数......................................................................P10 6.刻画掩模板.............................................................................P12 6.1基区掩模板........................................................................................P12 6.2发射区掩模板....................................................................................P12 6.3金属引线掩模板................................................................................P13 6.4设计参数总结....................................................................................P14 7.工艺步骤.................................................................................P14 7.1清洗....................................................................................................P15 7.2氧化工艺............................................................................................P15
实验一 绝缘栅双极型晶体管
电气工程及其自动化实验室实验指导书系列 实验一绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究一．实验目的： 1.熟悉IGBT开关特性的测试方法； 2.掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。 二．实验内容 1.EXB840性能测试； 2.IGBT开关特性测试； 3.过流保护性能测试。 三．实验方法 1．EXB840性能测试 （1）输入输出延时时间测试 IGBT部分的“1”与PWM波形发生部分的“1”相连，IGBT部分的“13”与PWM波形发生部分的“2”相连，再将IGBT部分的“10”与“13”相连，与门输入“2”与“1”相连，用示波器观察输入“1”与“13”及EXB840输出“12”与“13”之间波形，记录开通与关断延时时间。 t，t= = offon（2）保护输出部分光耦延时时间测试 将IGBT部分“10”与“13”的连线断开，并将“6”与“7”相连。用示波器观察“8”与“13”及“4”与“13”之间波形，记录延时时间。 （3）过流慢速关断时间测试 接线同上，用示波器观察“1”与“13”及“12”与“13”之间波形，记录慢速关断时间。（4）关断时的负栅压测试 断开“10”与“13”的相连，其余接线同上，用示波器观察“12”与“17”之间波形，记录关断时的负栅压值。 （5）过流阀值电压测试 断开“10”与“13”的连接，断开“2”与“1”的连接，分别连接“2”与“3”，“4”与“5”，“6”与“7”，分别将主回路的“3”与“4”和“10”与“17”相连，即按照以下表格的说明连线。 1 电气工程及其自动化实验室实验指导书系列
将主电路的RP左旋到底，用示波器观察“12”与“17”之间波形，将RP逐渐向右旋转，边旋转边监视波形，一旦该波形消失时即停止旋转，测出主回路“3”与“4”之间电压值，该值即为过流保护阀值电压值。 2．开关特性测试 （1）电阻负载时开关特性测试 将“1”与“13”分别与波形发生器“1”与“2”相连，“4”与“5”，“6”与“7”，‘2“与”3“，“12”与“14”，“10”与“18”，“17”与“16”相连，主回路的“1”与“4”分别和IGBT 部分的“18”与“15”相连。即按照以下表格的说明连线。 用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。 （2）电阻，电感负载时开关特性测试 将主回路“1”与“18”的连线断开，再将主回路“2”与“18”相连，用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。 （3）不同栅极电阻时开关特性测试 将“12”与“14”的连线断开，再将“11”与“14”相连，栅极电阻从R＝3kΩ5改为R=27Ω，其余接线与测试方法同上。43．并联缓冲电路作用测试 （1）将IGBT部分的“18”与“19”相连，IGBT部分的“17”与“20”相连。 （2）电阻负载，有与没有缓冲电路时观察“14”与“17”及“18”与“17”之间波形。 （3）电阻，电感负载，有与没有缓冲电路时，观察波形同上。 4．过流保护性能测试，栅计电阻用R4 在上述接线基础上，将“4”与“5”，“6”与“7”相连，观察“14”与“17”之间 2 电气工程及其自动化实验室实验指导书系列 波形，然后将“10”与“18”之间连线断开，并观察驱动波形是否消失，过流指示灯是否发亮，待故障消除后，揿复位按钮即可继续进行试验。
PNP双极型晶体管的设计之欧阳家百创编
目录 欧阳家百（2021.03.07） 1.课程设计目的与任务 (2) 2.设计的内容 (2) 3.设计的要求与数据 (2) 4.物理参数设计 (3) 4.1各区掺杂浓度及相关参数的计算 (3) 4.2 集电区厚度Wc的选择 (6) 4.3 基区宽度WB (6) 4.4 扩散结深 (10) 4.5 芯片厚度和质量 (10) 4.6 晶体管的横向设计、结构参数的选
择 (10) 5.工艺参数设计 (11) 5.1 工艺部分杂质参数 (11) 5.2 基区相关参数的计算过程 (11) 5.3发射区相关参数的计算过程 (13) 5.4氧化时间的计算 (14) 6.设计参数总结 (16) 7.工艺流程图 (17) 8.生产工艺流程 (19) 9.版图 (28) 10.心得体会 (29)
11.参考文献 (30) PNP双极型晶体管的设计 1、课程设计目的与任务 《微电子器件与工艺课程设计》是继《微电子器件物理》、《微电子器件工艺》和《半导体物理》理论课之后开出的有关微电子器件和工艺知识的综合应用的课程，使我们系统的掌握半导体器件，集成电路，半导体材料及工艺的有关知识的必不可少的重要环节。 目的是使我们在熟悉晶体管基本理论和制造工艺的基础上，掌握晶体管的设计方法。要求我们根据给定的晶体管电学参数的设计指标，完成晶体管的纵向结构参数设计→晶体管的图形结构设计→材料参数的选取和设计→制定实施工艺方案→晶体管各参数的检测方法等设计过程的训练，为从事微电子器件设计、集成电路设计打下必要的基础。 2、设计的内容 设计一个均匀掺杂的pnp型双极晶体管，使T=300K时，β=120，V CEO=15V,V CBO=80V.晶体管工作于小注入条件下，最大集电极电流为I C=5mA。设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。 3、设计的要求与数据
PNP双极型晶体管的设计
目录 １、课程设计目得与任务 (2) ２、设计得内容 (2) 3.设计得要求与数据 (2) 4、物理参数设计 (3) ４、1 各区掺杂浓度及相关参数得计算 (3) 4、2 集电区厚度Wc得选择 (6) 4、3 基区宽度WB (6) ４、4 扩散结深...........................................................................１0 4、5 芯片厚度与质量 (10) 4、6 晶体管得横向设计、结构参数得选择…………………………………1０ 5、工艺参数设计 (11) 5、１工艺部分杂质参数 (11) ５、2 基区相关参数得计算过程......................................................１1 5、3 发射区相关参数得计算过程 (13) ５、4 氧化时间得计算 (1) ４ 6、设计参数总结…………………………………………………………………１６ 7、工艺流程图 (17) 8、生产工艺流程…………………………………………………………………1９ 9、版图 (28) 1０、心得体会..............................................................................2９11、参考文献 (30) PNＰ双极型晶体管得设计 1、课程设计目得与任务 《微电子器件与工艺课程设计》就是继《微电子器件物理》、《微电子器件工艺》与《半导体物理》理论课之后开出得有关微电子器件与工艺知识得综合应
用得课程，使我们系统得掌握半导体器件,集成电路，半导体材料及工艺得有关知识得必不可少得重要环节。 目得就是使我们在熟悉晶体管基本理论与制造工艺得基础上,掌握晶体管得设计方法。要求我们根据给定得晶体管电学参数得设计指标,完成晶体管得纵向结构参数设计→晶体管得图形结构设计→材料参数得选取与设计→制定实施工艺方案→晶体管各参数得检测方法等设计过程得训练,为从事微电子器件设计、集成电路设计打下必要得基础。 2、设计得内容 设计一个均匀掺杂得pnp型双极晶体管,使T=300K时,β=120,Ｖ CEO ＝1５ Ｖ,V CBO =80V、晶体管工作于小注入条件下,最大集电极电流为Ｉ C =5mA。设计时应 尽量减小基区宽度调制效应得影响。 ３、设计得要求与数据 （1)了解晶体管设计得一般步骤与设计原则。 (2)根据设计指标设计材料参数,包括发射区、基区与集电区掺杂浓度N E , N B , 与N C ，根据各区得掺杂浓度确定少子得扩散系数,迁移率,扩散长度与寿命 等。 （3）根据主要参数得设计指标确定器件得纵向结构参数，包括集电区厚度Ｗ c ， 基本宽度Ｗ b ,发射区宽度Ｗ e 与扩散结深X ｊc ，发射结结深Ｘ je 等。 （4）根据扩散结深X jc ，发射结结深Ｘ je 等确定基区与发射区预扩散与再扩散得 扩 散温度与扩散时间；由扩散时间确定氧化层得氧化温度、氧化厚度与氧化时间。 （5）根据设计指标确定器件得图形结构,设计器件得图形尺寸，绘制出基区、发射区与金属接触孔得光刻版图。 (6)根据现有工艺条件,制定详细得工艺实施方案。 4、物理参数设计
PNP双极型晶体管课程设计
pnp双极型晶体管课程设计 学生馥语甄心
目录 1.设计任务及目标......................................................................P1 2.概述－发展现状......................................................................P1 3.设计思路.................................................................................P2 4.各材料参数和结构参数的设计...............................................P2 4.1原材料的选择....................................................................................P2 4.2各区掺杂浓度和相关参数的计算....................................................P4 4.3集电区厚度Wc的选择.....................................................................P5 4.4基区宽度WB的选择........................................................................P7 4.5扩散结深及发射区面积、基区面积的确定....................................P7 5.工艺参数设计.........................................................................P8 5.1硅片氧化相关参数............................................................................P8 5.2基区扩散相关参数............................................................................P9 5.3发射区扩散相关参数......................................................................P10 6.刻画掩模板.............................................................................P12 6.1基区掩模板........................................................................................P12 6.2发射区掩模板....................................................................................P12 6.3金属引线掩模板................................................................................P13 6.4设计参数总