IGBT 基础教程：第 3 部分PT与NPT芯片介绍

  所谓PT(PunchThrough，穿通型)，是指电场穿透了N-漂移区，电子与空穴的主要汇合点在N一区。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。

  所谓PT(PunchThrough，穿通型)，是指电场穿透了N-漂移区，电子与空穴的主要汇合点在N一区。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。

  所谓NPT(Non-PunchThrough，非穿通)，是指电场没有穿透N-漂移区。NPT的基本技术原理是取消N十缓冲区，直接在集电区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。

  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。

  对于给定的开关速度，NPT 技术通常比 PT 技术具有更高的 VCE(on)。这种差异被进一步放大的事实是，对于 NPT(正温度系数)，VCE(on) 随着温度的升高而增加，而对于 PT(负温度系数)，VCE(on) 随着温度的降低而降低。然而，对于任何 IGBT，无论是 PT 还是 NPT，开关损耗都会与 VCE(on) 进行权衡。更高速度的 IGBT 具有更高的 VCE(on);较低速度的 IGBT 具有较低的 VCE(on)。事实上，一个非常快的 PT 设备可能具有比开关速度较慢的 NPT 设备更高的 VCE(on)。

  对于给定的 VCE(on)，PT IGBT 具有更高的开关速度和更低的总开关能量。这是由于较高的增益和少数载流子寿命减少，这会抑制尾电流。

  对于 PT 和 NPT IGBT，开通开关速度和损耗实际上不受温度影响。然而，二极管中的反向恢复电流会随着温度的升高而增加，因此电源电路中外部二极管的温度效应会影响 IGBT 的开通损耗。对于 NPT IGBT，关断速度和开关损耗在工作时候的温度范围内保持相对恒定。对于 PT IGBT，关断速度会降低，因此开关损耗会随着温度的升高而增加。然而，由于尾电流淬灭，开关损耗开始时很低。

  如前所述，NPT IGBT 通常具有正温度系数，这使得它们很适合并联。并联设备需要正温度系数，因为热设备将比冷设备传导更少的电流，因此所有并联设备倾向于自然共享电流。然而，由于温度系数为负，PT IGBT 不能并联是一种误解。PTIGBT可以并联是因为：

  · 通过散热器共享热量往往会迫使设备共享电流，因为热设备会加热其邻居，以此来降低它们的导通电压。

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