IGBT的結構多種多樣，但從縱向結構來(lái)看可歸為穿通型，非穿通型。這兩類(lèi)IGBT的劃分依據為：臨界擊穿電壓下P base-N drift結耗盡層的擴展是否穿透了N-基區。本文將對IGBT的縱向結構區別做進(jìn)一步的歸納與分析。
1.出現年代
PT(punch through)：最“古老”的IGBT技術(shù)，在1980~1990年間占據主導地位，英飛凌第一代IGBT就是采用的PT技術(shù)。
NPT(non-punch through)：NPT-IGBT由德國西門(mén)子公司于1987年推出，為上世紀90年代的主流產(chǎn)品。英飛凌第二代IGBT采用NPT技術(shù)。
FS（field stop）：2000年，西門(mén)子公司研制出新的IGBT結構，fieldstop-IGBT(FS-IGBT)，它同時(shí)具有PT-IGBT和NPT-IGBT的優(yōu)點(diǎn)，至今一直居于主導地位。英飛凌第三代及以后的IGBT，均采用了FS技術(shù)。
2.電場(chǎng)分布
當IGBT門(mén)極接低電平時(shí)，IGBT截止，集電極與發(fā)射極之間的電壓將由J2承擔，此時(shí)J2結反偏。這個(gè)PN結會(huì )擴展形成空間電荷區，因為N-區域低摻雜的特性，空間電荷區將主要在N-區域內擴展。
PT和FS：這兩種IGBT結構中存在一層濃度較高的N+ buffer層，因而電場(chǎng)在N-基區衰減較慢，而在N+ buffer層衰減較快，電場(chǎng)呈梯形分布。
NPT：電場(chǎng)以單一速率在N-基區中衰減，呈三角形分布。
3.生產(chǎn)工藝
PT：以高濃度的P+直拉單晶硅為起始材料，先生長(cháng)一層摻雜濃度較高的N型緩沖層（N-buffer層），然后再繼續淀積輕摻雜的N型外延層作為IGBT的漂移區，之后再在N型外延層的表面形成P-base、N+ source作為元胞，最后根據需要減薄P型襯底。如果要制作1200V或1700V耐壓的產(chǎn)品，需要比較厚的N-外延層，制作難度較大，且成本很高。
NPT：采用輕摻雜N- 區熔單晶硅作為起始材料，先在硅面的正面制作元胞并用鈍化層保護好，之后再將硅片減薄到合適厚度。最后在減薄的硅片背面注入硼，形成P+ collector, 激活雜質(zhì)后再淀積金屬鋁。區熔單晶硅成本大約為外延片的50%。
FS： FS IGBT 工藝與NPT類(lèi)似，都是以輕摻雜N- 區熔單晶硅作為起始材料，完成正面元胞制作之后再進(jìn)行背面工藝。不同的是，FS IGBT在硅片減薄之后，首先在硅片的背面注入磷，形成N+ buffer, 最后注入硼，形成P+ collector, 激活雜質(zhì)后再淀積金屬鋁。FS相對于NPT 而言，背面增加了N型注入、硅片更薄，硅片在加工過(guò)程中的碎片率上升。更薄的N-區電阻小，使VCESAT更低；更薄N-層導通時(shí)存儲的過(guò)剩載流子總量少，使關(guān)斷時(shí)間及關(guān)斷損耗減少。
4.發(fā)射極效率
PT：為了保證器件導通電阻不致太高，必須將背發(fā)射區的濃度設得足夠高以提高電導率，這就導致了背面PN結有極高的注入效率。PT IGBT結構的優(yōu)點(diǎn)在于：器件導通時(shí)，高的發(fā)射極效率可使大量空穴迅速地從背面注入到N-基區中，同時(shí)電子流經(jīng)器件表面反型溝道注入到N-基區中，這樣在基區可形成很好的電導調制，使通態(tài)壓降很低。
NPT(FS)：與PT-IGBT相比，NPT(FS)-IGBT的背P+發(fā)射區極薄且摻雜濃度相對較低，所以NPT-IGBT背發(fā)射區注入效率比PT-IGBT低得多。雖然NPT(FS)-IGBT背發(fā)射極注入效率較低且基區較寬，但由于基區少子壽命很長(cháng)，使得基區載流子電導調制效應更加顯著(zhù)，NPT型IGBT的飽和壓降并不比PT高。
FS：FS-IGBT具有N+緩沖層，從而所需的N-基區較薄，這一點(diǎn)類(lèi)似于PT-IGBT, 同時(shí)FS-IGBT具有較低的背P+發(fā)射效率，這一點(diǎn)類(lèi)似于NPT-IGBT。
5.拖尾電流
PT：PT-IGBT結構中高濃度厚發(fā)射區的存在一方面增大了發(fā)射效率，增加了基區存儲過(guò)剩載流子數目，另一方面器件關(guān)斷時(shí)，空穴無(wú)法從背P+區流出而只能在n-基區靠自身復合而消失，導致明顯的拖尾電流，從而延緩器件的關(guān)斷，關(guān)斷時(shí)間的加長(cháng)導致了器件關(guān)斷損耗的增加。因此，為了改善PT-IGBT的關(guān)斷速度，通常需要引入少子壽命控制技術(shù)。常用的少子控制技術(shù)有：電子輻照，重金屬摻雜，質(zhì)子輻照等。但在改善開(kāi)關(guān)特性的同時(shí)，往往會(huì )引入器件參數漂移、特性退化、穩定性差等問(wèn)題。
NPT：在NPT-IGBT中，因為背發(fā)射極電流中電子流成分很大，器件關(guān)斷時(shí)，基區存儲的大量電子可以通過(guò)流向背發(fā)射區而很快清除掉，空穴可以迅速流向P阱，所以拖尾電流小，開(kāi)關(guān)損耗小，因此不需要少子壽命控制技術(shù)。另外NPT型IGBT有一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是器件關(guān)斷時(shí)拖尾電流隨溫度變化很小，器件的可靠性很高。
FS：FS相對于NPT，拖尾電流持續時(shí)間更短。這是因為反向電壓恢復到直流母線(xiàn)電壓時(shí)，P+N結耗盡層已經(jīng)擴展到FS層或接近FS層，尚未被抽出的過(guò)剩載流子就很少了。所以FS具有NPT的優(yōu)點(diǎn)而功耗更小。
6.溫度系數
PT：很大的電流范圍內是負溫度系數。PT-IGBT在室溫下載流子的壽命較短，但隨著(zhù)溫度的升高而變長(cháng)，載流子的濃度升高，即等效電阻隨溫度的升高而下降。即正向壓降Uce減小。
NPT,FS：很大的電流范圍內是正溫度系數。NPT-IGBT中，載流子壽命較長(cháng)，溫度的增加對載流子增加影響很小。在這種情況下，隨著(zhù)溫度升高，降低的載流子遷移率u和增加的集電極及發(fā)射極的接觸電阻成為影響導通壓降的主要因素。在非常低的正向電流時(shí)，NPT IGBT也表現為負溫度系數，當電流稍微增大時(shí)，IGBT就轉化為正溫度系數。因此，在實(shí)際應用中，可以認為NPT-IGBT具有正的溫度系數。(英飛凌igbt廠(chǎng)家)
總結
綜上所述，PT, NPT,FS 型IGBT主要區別可以歸納為下表：
英飛凌igbt銷(xiāo)售
