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。

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。

两种技术性能对比如下：

传导损耗

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)。

开关损耗

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缩短，这会抑制尾电流。

坚固性

NPT IGBT 通常具有短路额定值，而 PT 器件通常没有，并且 NPT IGBT 可以比 PT IGBT 吸收更多的雪崩能量。由于 PNP 双极晶体管的基极更宽且增益更低，NPT 技术更加坚固耐用。这是通过使用 NPT 技术权衡开关速度所获得的主要优势。制造具有大于 600 伏 VCES 的 PT IGBT 很困难，而使用 NPT 技术却很容易做到。Advanced Power Technology 确实提供了一系列非常快速的 1200 伏 PT IGBT，即 Power MOS 7 IGBT 系列。

温度影响

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，这使得它们非常适合并联。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。PT IGBT 可以并联是因为：

· 它们的温度系数往往几乎为零，有时在较高电流下为正。

· 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，从而降低它们的导通电压。

· 影响温度系数的参数往往在器件之间很好地匹配。