高压IGBT表面钝化技术的研究进展
IGBT模块：技术、驱动和应用课件：质量与可靠性
测试项目
型式试验
常规试验
测试项目
型式试验
常规试验
集-射极电压Uce*sus
×
集-射极饱和电压UCEsat
×
×
集-射极电压UCES
×
×
集-射极漏电流ICES
×
栅-射极电压±UGES
×
输入电容Cies
×
*
DCB：系统焊层的分离，总是从DCB的角落开始。避免在DCB的四角产生直角可以提高系统焊接层的负载周次能力 插入凹纹：在DCB的覆铜层边缘引入特定的压痕来防止覆铜层的脱落，从而提高自身的负载周次能力。
提高负载周次能力的措施
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
铜绑定线
采用铜键合工艺同时采用铜作为芯片表面金属覆层。
*
给定负载循环300s，据此计算损耗及计算相应的散热器温度、底板温度和结温。
寿命计算
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
每年的天数
5
10
10
20
25
30
45
50
50
50
35
35
每天的负载周次
2
2
igbt 工艺技术
igbt 工艺技术IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）即绝缘栅双极型晶体管，是当今领先的功率半导体器件之一，被广泛应用于能源转换系统、电动汽车、电力传输与配电、家电等领域。
IGBT工艺技术是指制造IGBT器件的过程和技术方法，这些技术对于提高IGBT的性能和可靠性至关重要。
首先，IGBT工艺技术中的一项关键技术是晶体管表面栅氧化层的制备。
通过氧化层的形成，可以提高IGBT的绝缘性能，减小栅极与源极之间的漏电流和迁移率的损失。
目前，常用的制备方法有湿法和干法两种。
湿法是在氢氧化钠溶液中加入氢过氧化物，将晶体管表面浸泡，形成氧化层。
而干法是使用氢氧化钠和硝酸钾的混合物，在一定温度和压力下使晶体管表面得到氧化。
这些制备方法可以稳定地形成氧化层，提高晶体管的性能。
其次，IGBT工艺技术中的另一个重要技术是导电路层的制备。
导电路层是指晶体管内部的金属导电层，用于控制当前和电压分布。
常用的导电路层制备方法有光刻法和金属化法。
光刻法是通过在硅片上覆盖敏化胶，并使用掩模板进行曝光，然后通过化学腐蚀和蚀刻的方式形成导电路层的图案。
金属化法是使用蒸镀、电镀或物理气相沉积等方法将金属层沉积在晶体管表面，形成导电路层。
这些制备方法可以实现精确的导电路层制备，提高IGBT的导电性能。
此外，IGBT工艺技术中还包括研磨和抛光技术。
研磨和抛光是为了改善晶体管的平坦度和表面光洁度，以提高晶体管的封装和散热效果。
研磨和抛光方法通常包括机械研磨、化学机械抛光等。
通过调整研磨和抛光参数，可以控制IGBT晶体管的尺寸和表面粗糙度，提高其封装和散热效果。
综上所述，IGBT工艺技术是指制造IGBT器件的过程和技术方法。
通过合理选择和优化工艺技术，可以提高IGBT的性能和可靠性，满足不同领域对功率半导体器件的需求。
未来，随着科学技术的不断进步，IGBT工艺技术将继续发展，为各个领域提供更高效、可靠的能源转换解决方案。
高压IGBT表面钝化技术的研究进展
高压IGBT表面钝化技术的研究进展李立;刘江;吴迪;王耀华;金锐【期刊名称】《电子工艺技术》【年(卷),期】2016(037)002【摘要】The high voltage power semiconductor device IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) surface passivation process is an important part of the chip process technology. The quality of passivation layer directly affects the performance and the reliability of IGBT devices. In order to solve the problem of high voltage IGBT surface passivation process, the passivation mechanism of power semiconductor devices is studied. Then, the advantages and disadvantages of the commonly used surface passivation materials of power devices and the mainstream surface passivation schemes of high voltage power devices are investigated, the surface passivation materials and the surface passivation scheme for high voltage IGBT is analyzed and summarized. Finally, the developing trend and research direction of high voltage IGBT surface passivation technology are pointed out.%高压功率半导体器件IGBT(绝缘栅双极晶体管)的表面钝化工艺是其芯片加工工艺的重要环节，其钝化层的质量直接影响IGBT器件的性能参数和长期可靠性。
晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究
晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究
晶体硅太阳电池作为一种新兴的太阳能发电技术，其外表面应具有良好的表面活性性能，以保证电池的高效发电性能。
但晶体硅表面的活性性能往往受到空气中的污染物的影响，为了改善这一现象，研究人员开展了对晶体硅太阳电池表面的氮化硅钝化研究。
氮化硅钝化研究是指在高温下，将蒸气中的氮源添加到晶体硅表面，形成一层厚薄的氮化硅膜，以钝化晶体硅表面，减少表面污染，改善电池的稳定性。
首先，在实验中，研究人员使用电弧气体溅射机对晶体硅表面进行氮化硅钝化处理。
在氮化硅钝化处理过程中，将电弧气体添加到晶体硅表面，在高温环境下产生自熔合效应，形成一层薄的氮化硅膜。
氮化硅膜的厚度一般在1~3微米之间，具有良好的耐磨性能，能够有效阻止污染物的吸附，改善晶体硅表面的稳定性。
其次，在试验中，研究人员还将晶体硅表面的氮化硅膜进行了多种改性处理，包括气相添加、物相添加和加热处理等。
通过改性处理，可以提高氮化硅膜的耐磨性能，改善晶体硅表面的表面活性性能，有效阻止污染物的吸附，以保证电池的高效发电效果。
最后，通过对晶体硅表面的氮化硅钝化处理，可以有效抑制污染物的吸附，降低表面活性能，抑制电池表面的电池浪涌现象，保证电池的可靠性。
此外，氮化硅膜也具有良好的耐热和耐腐蚀性能，可以有效保护晶体硅太阳电池免受外界空气环境和污染物的损害，以便提高太阳电池的发电效率和使用寿命。
综上所述，晶体硅太阳电池表面的氮化硅钝化处理，可以有效抑制污染物的吸附，改善电池的稳定性，降低太阳电池的耗能，保证其高效发电性能。
由此，氮化硅钝化技术将成为太阳能发电领域的一项重要技术，对于提高太阳电池的发电性能具有重要意义。
对镀锌层无铬钝化技术的研究进展探讨
对未来研究的建议和展望
进一步研究无铬钝化技术在不同环境条件下的耐 腐蚀性能和粘附性。
探讨无铬钝化技术在提高锌涂层耐腐蚀性能的同 时，对其他性能如硬度、耐磨性等方面的影响。
针对不同基材和镀锌工艺，研究开发适用于各种 情况的无铬钝化剂。
开展绿色制造和环保方面的研究，优化生产工艺 ，降低能耗和废弃物排放。
《对镀锌层无铬钝化技术的研究 进展探讨》
xx年xx月xx日
目录
• 研究背景和意义 • 镀锌层无铬钝化技术的研究现状 • 无铬钝化技术的理论基础 • 无铬钝化技术的实验研究 • 无铬钝化技术的工业应用 • 研究结论和展望
01
研究背景和意义
镀锌层无铬钝化技术的应用领域
汽车工业
镀锌钢板在汽车工业中广泛应用于提高防腐蚀性能。无铬钝化技术可以替代传统的铬酸盐 钝化，以减少对环境和健康的危害。
05
无铬钝化技术的工业应用
工业应用的主要领域和实例
汽车制造业
在汽车制造过程中，镀锌零件需要进行无铬钝化处理以增强防腐 蚀性能。例如，汽车轮毂、发动机零件和底盘等。
家电制造业
在家电制造中，镀锌材料被广泛应用于金属外壳和内部结构部件 。无铬钝化处理可提高其耐腐蚀性能和外观质量。
建筑行业
在建筑领域，镀锌钢材广泛应用于桥梁、高速公路、建筑结构和管 道系统。无铬钝化技术可以提高其耐腐蚀性能和延长使用寿命。
工业应用的潜力和未来发展趋势
潜力
随着环保意识的不断提高和技术的不断发展，无铬钝化技术的工业应用前景广阔 。未来，无铬钝化技术将在更多领域得到广泛应用，如新能源、海洋工程和航空 航天等。
发展趋势
未来，无铬钝化技术将朝着提高耐蚀性、增强稳定性和降低成本的方向发展。同 时，随着新材料的不断涌现，无铬钝化工艺将不断优化，以满足不同材料和工况 的需求。
高压大电流(4500V600A)IGBT芯片研制
2021年2月电工技术学报Vol.36 No. 4 第36卷第4期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Feb. 2021DOI: 10.19595/ki.1000-6753.tces.191758高压大电流（4 500V/600A）IGBT芯片研制刘国友1,2黄建伟1,3覃荣震1,3朱春林1,3（1. 新型功率半导体器件国家重点实验室株洲 4120012. 株洲中车时代电气股份有限公司株洲 4120013. 株洲中车时代半导体有限公司株洲 412001）摘要提高绝缘栅双极晶体管（IGBT）单芯片电流容量，对减小封装器件芯片并联数、简化封装结构、改善芯片均流至关重要。
该文基于高压、大电流、高可靠性IGBT应用需求，通过高压IGBT芯片坚强元胞设计及其协同控制技术实现了元胞之间的开关同步，通过光刻拼版技术解决大尺寸芯片的工艺制造，通过单芯片压接封装验证了大尺寸芯片设计及其性能，探索出一条大尺寸IGBT芯片设计、制造与验证的技术路径。
研究开发了全球第一片42mm×42mm大尺寸高压IGBT芯片，攻克了高压IGBT芯片内部大规模元胞集成及其均流控制的技术难题，首次实现了4 500V/600A单芯片功率容量，具备优良的动静态特性和更宽的安全工作区，并可以显著提高IGBT封装功率密度与可靠性。
关键词：大尺寸IGBT芯片电流容量均流压接中图分类号：TN433Development of Large Size IGBT Chip withHigh Power Capacity of 4 500V/600ALiu Guoyou1,2 Huang Jianwei1,3 Qin Rongzhen1,3 Zhu Chunlin1,3（1. State key Laboratory of Advanced Power Semiconductor Devices Zhuzhou 412001 China2. Zhuzhou CRRC Times Electric Co. Ltd Zhuzhou 412001 China3. Zhuzhou CRRC Times Semiconductor Co. Ltd Zhuzhou 412001 China）Abstract Increasing IGBT single-chip current capacity is essential for reducing the parallel number of packaged chips, simplifying the package architecture and improving the chip current sharing capability. According to the application requirements of high voltage, high current and high reliability for IGBT chips, this paper realized cell switching synchronization through robust cell design and its coordinated control, and solved the process manufacturing of large size chips through special photolithography technology. The single-chip press packaging was used to verify the design and performance of large size chips. A technical path for the design, manufacturing and verification of large size IGBT chips was explored. The world’s first 42mm×42mm large-size high-voltage IGBT chip with the power capacity of 4 500V/600A was developed. It has excellent dynamic and static characteristics,a wider safe operation area (SOA), and can significantly improve the packaging power density andreliability.Keywords：Large size IGBT chip, current capacity, current sharing, press pack收稿日期 2019-12-13 改稿日期 2020-02-20第36卷第4期刘国友等高压大电流（4 500V/600A）IGBT芯片研制 8110引言绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）作为能量处理与控制的“CPU”，耐受电压高、电流容量大、驱动功率小、开关速度快、使用方便灵活，已成为电力电子装置的主流开关器件[1-2]。
igbt产业的发展趋势
igbt产业的发展趋势IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种功率半导体器件，广泛应用于电力电子转换器和调制器。
它具有高速开关能力和较低的导通电阻，可以有效地控制大功率的电流和电压。
IGBT产业在电力系统、交通运输、工业制造和消费电子等领域具有重要的应用价值。
随着数字化和电气化时代的到来，IGBT产业正在迎来发展的黄金时期。
以下将从技术创新、市场需求、应用领域和政策支持等方面分析IGBT产业的发展趋势。
一、技术创新方面1. 高电压高功率IGBT：为了满足电力系统中的大功率需求，IGBT的电压和功率水平将持续提升。
高电压高功率IGBT技术的研发将成为行业的重点，以提高能源转换效率和降低损耗。
2. 高频IGBT：随着电力电子设备的快速发展，对高频IGBT的需求也越来越大。
高频IGBT可以实现更快的开关速度和更高的频率响应，使得调制器在高频段的工作更加稳定可靠。
3. 集成化与模块化：IGBT器件的集成化和模块化设计将是未来的趋势。
通过将多个IGBT芯片和其他辅助元器件集成在一个模块中，可以简化电路设计、提高系统可靠性和减少体积。
4. 新材料与封装技术：新材料的应用和封装技术的改进将促进IGBT的发展。
如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料具有更好的导电和耐压特性，可以提高IGBT的性能。
二、市场需求方面1. 新能源发展：随着全球对清洁能源的需求不断增加，尤其是可再生能源如太阳能和风能的快速发展，对IGBT的需求将大幅增加。
光伏逆变器和风力发电装置等需要大量的IGBT器件来实现能量转换和变频控制。
2. 电动汽车和混合动力汽车：汽车产业的电动化趋势将直接推动IGBT产业的发展。
电动汽车和混合动力汽车需要大功率IGBT来实现电动机的驱动和能量回馈，同时也需要高频IGBT来实现DC/DC变换器和DC/AC逆变器。
3. 工业制造：工业自动化领域对IGBT器件也有着很大的需求。
igbt 器件和工艺技术
igbt 器件和工艺技术IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种高压高功率晶体管器件。
它结合了MOSFET和双极晶体管的优点，并克服了它们的缺点。
IGBT器件主要用于电力变换、电机驱动和其他高功率电子设备中。
IGBT器件的结构复杂，主要由PNP型双极晶体管和N型MOSFET组成。
双极晶体管用于负责电流控制，而MOSFET用于控制开关。
两者结合的结果是，IGBT既有MOSFET的高输入阻抗和低输入电流，又有双极晶体管的低饱和压降和高电流放大倍数。
这使得IGBT器件成为高效率和高性能应用的理想选择。
在IGBT器件的工艺技术方面，主要有以下几个关键步骤。
首先是材料准备，主要是选择合适的半导体材料和衬底材料。
通常使用的半导体材料包括硅（Si）和碳化硅（SiC）。
接下来是晶体生长，通过将合适的原始材料在高温环境中进行化学反应，使其形成晶体结构。
然后是晶圆加工，将晶体切割成薄片，形成所需的晶圆。
接下来是薄膜沉积，将薄膜层沉积在晶圆上，通常使用物理气相沉积（PECVD）或化学气相沉积（CVD）等技术。
然后是光刻和蚀刻，将所需的图案转移到薄膜上，并通过蚀刻来形成所需的结构。
最后是封装和封装测试，将器件封装在合适的封装中，并进行电性能测试和可靠性测试。
IGBT器件的工艺技术的发展主要有以下几个趋势。
首先是向更小尺寸的器件迈进。
随着科技的发展，器件尺寸越来越小，可以提供更高的功率密度和更高的效率。
其次是向低损耗和高集成度迈进。
通过改进材料和工艺技术，减小器件的开关损耗和导通损耗，并提高器件的集成度和功能。
再次是向高温和高压环境适应迈进。
IGBT器件通常用于高温和高压环境中，因此需要具备良好的高温和高压耐受性。
最后是向节能和环保方向迈进。
随着节能和环保意识的增强，IGBT器件的设计和工艺技术也越来越注重节能和环保。
总之，IGBT器件是一种重要的高压高功率晶体管器件，其工艺技术的发展趋势主要包括向更小尺寸、低损耗和高集成度、高温和高压环境适应以及节能和环保方向迈进。
钛-钛合金钝化行为与机理研究
钛-钛合金钝化行为与机理探究摘要：钝化是钛/钛合金在应用中的一个重要问题，本文以探究钛/钛合金的钝化行为和机理为主题，综述了近年来的探究进展。
起首介绍了钛/钛合金的钝化特点和影响因素，对钝化的物理、化学机理进行探讨。
然后详尽介绍了钛/钛合金的表面处理方法和钝化技术，包括机械处理、化学处理和电化学处理等，分析了各种处理方法的优缺点以及应用范围。
最后，介绍了钛/钛合金的钝化膜性质和性能测试方法，包括厚度、成分、结构、耐蚀性等方面，综述了目前钝化膜性能探究的最新进展。
本文旨在为钛/钛合金材料的应用提供参考和借鉴，同时为钛/钛合金钝化膜的探究提供一定的理论依据。
关键词：钛/钛合金，钝化，表面处理，薄膜性能1.引言钛/钛合金具有良好的力学性能、高温强度、耐腐蚀性等优点，在航空、航天、医疗等领域有着广泛的应用。
然而，钛/钛合金与氧气、水等环境接触时容易发生氧化反应，产生“粘附现象”，严峻影响了钛/钛合金材料的性能和应用。
2.钛/钛合金的钝化特性和影响因素(1)钛/钛合金的表面状态(2)环境氧气和水的含量(3)表面处理方法(4)钛/钛合金组织结构3.钛/钛合金的表面处理方法和钝化技术(1)机械处理方法(2)化学处理方法(3)电化学处理方法4.钛/钛合金的钝化膜性质和性能测试方法(1)钝化膜厚度(2)成分和结构(3)耐蚀性和耐磨性5.结论和展望综述了钛/钛合金钝化行为和机理的探究进展，对钛/钛合金材料的应用提供了参考和借鉴，同时为钛/钛合金钝化膜探究提供了一定的理论依据。
将来探究可以在钝化膜的性能优化和钢/钛合金的混合材料探究方面继续深度钝化膜是一层形成在钛/钛合金表面的致密、均质且具有优异性能的薄膜。
它可以有效抑止钛/钛合金与外界环境接触所产生的氧化反应，提高材料的耐腐蚀性和机械性能。
因此，钝化膜已成为钛/钛合金表面处理的重要方法之一。
钝化膜特性的探究表明，钝化膜的厚度、成分、结构和晶体形态等属性与钛/钛合金的钝化性能休戚与共。
高压IGBT芯片表面钝化工艺的研究与改进
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｅｍ ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅ ＩＧＢＴ ｌＩｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａ ｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ｉｓ ８１１ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ＩＧＢＴ ｃｈｉｐ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＩＧＢＴ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ． Ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｐｏｗ ｅｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅｓ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ＩＧＢＴ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗ ｉｔｈ ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｇｏａｌ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｔｈｅ ＩＧＢＴ ｄｅｖｉｃｅｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｖ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｈａｖｅ ｐａｓｓｅｄ ｔｈｅ １ ０００ ｈｏｕｒｓ ＨＴＲＢ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ ａｎｄ １ ０００ ｈｏｕｒｓ Ｈ３ＴＲＢ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ．
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IGBT的发展与应用（2）
IGBT的发展与应用（2）3.第四代IGBT的基本特点3.1.沟槽（Trench）结构同各种电力半导体器件一样，IGBT器件向大功率化发展的内部动力也是减小通态压降和增加开关速度（降低关断时间）之间矛盾的折衷。
在常规的一至二代IGBT中，其MOS沟道是平行于硅片表面的。
它的导通电流由两部分组成；MOS分量I MOS和晶闸管分量I SCR，为防止锁定（Latch-up）效应，其MOS分量必须占主导。
其流通途径中不可避免地存在一个位于栅极下方、夹在P型基区中间的结型场效应晶体管（JFET）的电阻R JFET，它成为提高频率特性而缩小通态压降的障碍。
第四代IGBT采用特殊的工艺制成沟槽结构，挖掉了这个R JFET，把MOS沟道移到垂直于硅片表面的位置，元胞尺寸可减少到20%。
于是，硅片利用率提高了，通态压降减小了，也为其频率参数的改善创造了新的可能性。
3.2.IGBT高压化1993年，德国EUPEC公司（欧洲电力电子公司）出现了3200V/1300A的IGBT模块，但它是用多个IGBT芯片串联加并联组成的。
只能说是高压化发展的一种尝试。
人们曾认为IGBT耐压不会突破2000V，是因为1200V以下的IGBT都是用高阻外延硅片制成的，电压要达到1500V，外延厚度就要超过180微米，几乎是不能实用化的。
1996年，日本东芝公司推出了2500V/1000A的IGBT，具有同大功率晶闸管、GTO管相同的平板压接式封装结构。
它突破了外延片的制约，采用（110）晶面的高阻单晶硅片制造，需用的硅片厚度超过300微米，有了足够机械强度。
1998年，耐压4500V的单管IGBT已经开发出来，但是，要想单管大电流IGBT是不可能的。
IGBT的制造过程中要做十几次精细的光刻套刻，经过相应次数的高温加工，图形大到一定程度，合格率会急剧下降，甚至为零。
所以，制造大功率IGBT，要做到不串联是有希望的，而必然是要并联的。
东芝公司生产的2500V/1000AIGBT而言，它是由24个2500V/80A的IGBT芯片并联而成的，还有16个2500V/100A的超快恢复二极管（FRED）芯片与之反并联（续流二极管）。
高迁移率金属氧化物半导体薄膜晶体管的研究进展
第 39 卷第 4 期2024 年 4 月Vol.39 No.4Apr. 2024液晶与显示Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays高迁移率金属氧化物半导体薄膜晶体管的研究进展李强，葛春桥*，陈露，钟威平，梁齐莹，柳春锡，丁金铎（中山智隆新材料科技有限公司，广东中山 528459）摘要：基于金属氧化物半导体（MOS）的薄膜晶体管（TFT）由于较高的场效应迁移率（μFE）、极低的关断漏电流和大面积电性均匀等特点，已成为助推平板显示或柔性显示产业发展的一项关键技术。
经过30余年的研究，非晶铟镓锌氧化物（a-IGZO）率先替代非晶硅（a-Si）在TFT中得到推广应用。
然而，为了同时满足显示产业对更高生产效益、更佳显示性能（如高分辨率、高刷新率等）和更低功耗等多元升级要求，需要迁移率更高的MOS TFTs技术。
本文从固体物理学的角度，系统综述了MOS TFTs通过多元MOS材料实现高迁移率特性的研究进展，并讨论了迁移率与器件稳定性之间的关系。
最后，总结展望了MOS TFTs的现状和发展趋势。
关键词：金属氧化物半导体；薄膜晶体管；场效应迁移率；偏压稳定性中图分类号：TN321+.5 文献标识码：A doi：10.37188/CJLCD.2024-0032Research progress of high mobility metal oxide semiconductorthin film transistorsLI Qiang，GE Chunqiao*，CHEN Lu，ZHONG Weiping，LIANG Qiying，LIU Chunxi，DING Jinduo （Zhongshan Zhilong New Material Technology Co. Ltd.， Zhongshan 528459， China）Abstract：Thin-film transistor （TFT）based on metal oxide semiconductor （MOS）has become a key technology to boost the development of the flat panel display or flexible display industry due to their high field-effect mobility （μFE）， extremely low cut-off leakage current and good large-area electrical uniformity. After more than 30 years of research，amorphous indium gallium zinc oxide （a-IGZO）is the first to be popularized in TFT by replacing the amorphous silicon （a-Si）. However， in order to simultaneously meet the multiple upgrade requirements of the display industry for higher productivity，better display performance （such as high resolution， high refresh rate，etc.） and lower power consumption， MOS TFTs technology with higher mobility is required.From the perspective of solid-state physics，this paper reviews the research progress of MOS TFTs to achieve high mobility characteristics through multi-component MOS materials， and discusses the relationship between mobility and device stability. Finally， the status quo and development trend of MOS TFTs are summarized and prospected.文章编号：1007-2780（2024）04-0447-19收稿日期：2024-01-23；修订日期：2024-02-14.基金项目：中山市科技计划（No.LJ2021006，No.CXTD2022005，No.2022A1009）Supported by Zhongshan Science and Technology Development Plan（No.LJ2021006，No.CXTD2022005，No.2022A1009）*通信联系人，E-mail：gechunqiao@zhilong.pro第 39 卷液晶与显示Key words： metal oxide semiconductor； thin-film transistor； field-effect mobility； bias stability1 引言在各类消费电子和工业设备显示中，薄膜晶体管（TFT）驱动背板是保障显示屏幕稳定运行的核心部件。
IGBT技术
IGBT技术在日益增长的变频器市场，许多厂商提供性能和尺寸各异的变换器类型。
这正是以低损耗和高开关频率而著称的新IGBT技术施展的舞台。
在62毫米（当前模块的标准尺寸）模块中使用新IGBT技术使用户可以因不必改变其机械设计概念而获益。
基于平台技术的标准62毫米SEMITRANS®模块，由于针对IGBT和二极管采用了不同的半导体技术，因此适合于多种应用场合。
采用标准尺寸模块外壳这一事实意味着用户有更多可供选择的供应商。
新1200V系列模块为我们展示了外壳和半导体之间的匹配是多么的完美，该系列产品基于英飞凌的IGBT4技术和赛米控稳健可靠的新CAL4二极管。
国内领先的IGBT技术研发公司山东金华信机电设备有限公司的IGBT 中频电源技术为各公司提供IGBT技术。
1. 半导体开关中的IGBT和二极管在电力电子里半导体器件IGBT和二极管仅作为开关。
“理想的开关”必须满足以下条件：·通态压降Vd = 0，与当前导通电流无关·反向电流Ir = 0，直到最大允许反向电压·开关损耗Psw = 0，与当前被切换的电流和直流母线电压无关·热阻Rth无足轻重，因为没有损耗产生然而，在实际的开关中，存在大量的正向和开关损耗。
因而设计中的热阻对模块性能来说是至关重要的。
本文讨论IGBT²、IGBT³以及SEMITRANS®模块采用的新IGBT4 半导体技术之间的区别，并展示在某些情况下新IGBT4技术所带来的性能提升。
2. 芯片技术的进展图1显示了基于英飞凌沟槽栅场截止（FS）IGBT4技术和赛米控CAL4续流二极管的新一代芯片的基本结构。
图1：场漕栅场截止技术（FS）IGBT4和CAL4 FWD的结构IGBT4 基本上是基于已知的IGBT³沟槽栅结构并结合经优化的包含n—衬底、n-场截止层和后端发射极的纵向结构。
功率半导体器件表面钝化技术综述
功率半导体器件表面钝化技术综述郭勇;吴郁;金锐;李立;李彭;刘晨静【摘要】表面钝化技术是半导体器件制造过程中的重要工艺环节,对器件的电学特性和可靠性有重要影响.文中侧重于功率器件领域,回顾了各种高压结终端所需的不同钝化工艺,包括平铺叠加的复合介质膜、有机聚合物覆盖、玻璃或有机聚合物填充等.综述了钝化工艺中所采用的各种钝化材料的性质和功能,给出了它们在功率器件结构中的典型数据,包括二氧化硅、磷硅玻璃、氮化硅、氮氧化硅、三氧化二铝、半绝缘多晶硅、聚酰亚胺(PI)、玻璃料等,并对新近用于钝化的苯并环丁烯、氢化无定形碳化硅和氢化无定形碳等材料进行了介绍和展望.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2017(030)012【总页数】6页(P130-135)【关键词】功率器件;钝化工艺;结终端结构;钝化材料【作者】郭勇;吴郁;金锐;李立;李彭;刘晨静【作者单位】北京工业大学信息学部,北京100124;北京工业大学信息学部,北京100124;全球能源互联网研究院,北京102209;全球能源互联网研究院,北京102209;北京工业大学信息学部,北京100124;北京工业大学信息学部,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TN323.4功率器件的表面钝化技术并非局限于前道工艺最后阶段被称为“生长钝化层”的那个工序。
事实上，大多数情况下它开始于“一次氧化”，并且贯穿整个制程的始终。
经钝化后的芯片会变得“迟钝”、“钝滞”，对环境氛围的干扰、刺激、污染、渗透和变化等几乎不作响应，其原有电性能可以基本保持不变，这正是期望的一种良好特性。
自从半导体器件问世以来，表面钝化问题一直是一个研究的重点。
半导体器件对半导体表面及外界环境极为敏感，例如表面离子玷污、二氧化硅内的碱金属离子和固定电荷、界面态、辐照感应电荷等都会严重制约半导体器件的电学特性和可靠性。
为提高器件的稳定性，早期在半导体器件表面涂抹适当材料作为保护剂，同时在管壳进行气密封时抽空或充入惰性气体。
igbt发展现状
igbt发展现状
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种集成了MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）和BJT（双极
型晶体管）特性的功率开关器件。
IGBT具有高压大功率开关
能力、低导通压降、高频开关能力、较低驱动电流、温度稳定性好等特点，被广泛应用于家电、工业设备、能源系统等领域。
IGBT的发展历程如下：
1. 起步阶段：20世纪80年代初，IGBT由日本企业Mitsubishi Electric 研发成功，标志着IGBT技术的诞生和商业化机会。
2. 初期阶段：20世纪80年代后期至90年代，IGBT技术逐步
成熟，被广泛应用于电梯、电动汽车等领域。
3. 大规模应用阶段：21世纪初至今，随着IGBT技术不断提升和成本降低，IGBT得到了更广泛的应用。
特别是在家电领域，IGBT被广泛用于变频空调、洗衣机、冰箱等产品中，提高了
产品的能效和性能。
4. 新技术引领阶段：近年来，IGBT技术也在不断发展和演进，出现了一些新的技术趋势。
例如，功率密度的提升，使得
IGBT能够在更高的频率下工作，提高了电源的效率；集成驱
动技术，减少了IGBT模块的体积和成本，提高了可靠性；另外，随着可再生能源的快速发展，IGBT也在太阳能和风能等
领域得到了更广泛的应用。
总的来说，IGBT作为一种重要的功率开关器件，已经取得了长足的进展。
它在能源转换和电机驱动等领域，起到了关键的作用。
未来，IGBT还将面临一些挑战，如减小开关损耗、提高开关速度等。
因此，IGBT技术的发展仍然具有很大的潜力和市场需求。
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当前 ，以ＩＧＢＴ为 代 表 的新 型 功率 半 导 体 器件 已经 广泛应 用 于轨道 交通 、智 能 电网 、航 空航 天和 工业 变频 等领域 ，给 人 们的生 产生 活方式 带来 了革 命 性影 响 】。为提 高高压 ＩＧＢＴ长 时 间运行 的稳 定性 及 可靠性 ，对高压 ＩＧＢＴ芯 片的表面钝 化工 艺进行研 究 ，显得尤 为重要 。
摘 要 ：高压功率半导体器件 ＩＧＢＴ（绝缘栅 双极 晶体管）的表面化工 艺是其芯片加工工艺 的重要环节 ，其 钝化层 的质量直接影 ｎ［￣ＩＧＢＴ器件 的性 能参数和 长期 可靠性 。为 了解决高压ＩＧＢＴ的表 面钝 化工艺 问题 ，首先研 究 了功率半导体器件 的钝化机理 ，随后调研 了功率器件常用表面钝化材料 的优缺点 和国际上主流的高压功率器 件表面钝 化方案 ，分 析总结 出了适用 于高压ＩＧＢＴ的表面钝化材 料和表 面钝化 方案 ，最后 指出 了高压 ＩＧＢＴ表面 钝化技术的发展趋势和今后 的研究方 向。
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ＩＧＢＴ；ｓｕｒ ｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔ ｙ；ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｃｏｄｅ：Ａ Ａｒ ｔｉｃｌｅ ｌＤ：１００１．３４７４（２０１６）０２—００６７－０５
１功率 半导体器件 的钝化机理 发 生在 器 件 结 构 内 的各 种 界面 间 的 电 、热 、
物理 和 化学效 应都 有可 能 引起 功 率半导 体器 件 的失 效 。功率 半导 体器 件可 以看 成是 由多 种部件 或多 种 材料 组成 的 串联或 串并 联系 统 。在 这一 系 统中 ，有 许多 固相交界面 ，其 中包括 半导体／绝缘 体界面 （例 ￣Ｓｉ／ＳｉＯ。）、金 属绝 缘体界面 （例￣ＨＡＩ／ＳｉＯ 、 ／多
ＬＩ Ｌｉ，ＬＩＵ Ｊｉａｎｇ，ＷＵ Ｄｉ，Ｗ ＡＮＧ Ｙａｏ－ｈｕａ，ＪＩＮ Ｒｕｉ （Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｓｍａｒｔ Ｇｒｉｄ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０２２ １ １，Ｃｈｉｎａ ｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅ ｌＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）
作者简介 ：李立 （１９８９一 ），男 ，硕士 ，毕 业于北京工业大学 ，工程师 ，研究方 向为高压功率半导体器件。 基金项 目：国家电网科技基金项 目 （项 目编号 ：５４５５ＤＷｌ５０００５）。
电子 工 艺 技 术
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Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
２０１６年３月
晶硅等 ）、金属／半导 体界面 （例 ￣Ａ１／Ｓｉ）、金属 间 界面 （例￣ＩＡ１／Ａｕ、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｗ ／Ｐｔ／Ａｕ等 ）以及绝缘 体 ／绝 缘体 界面 （例如 ｓｉ，Ｎ ／ＳｉＯ 等 ）。上 述 界面在温 度 、电压 、电流 和湿 度等 外 界应 力作 用下 ，界面 两 者之 间可能 发生 固／固扩散 、离子 电荷迁 移 、热 电子 注 入 、 电化 学腐 蚀 ，甚 至 出现 裂纹 等 ，结果 导致 界 面 的 电 、热和 机械 特性 的缓 慢变 化 ，从 而 引起器 件 参 数 的不稳 定 和退 化 ，以至 彻底 失效 ，所 以对 界面 效 应 的研 究在 器件 可靠 性物理 学 中有 很高 的价 值 。 其中 Ｓｉ／ＳｉＯ 为关 键界面 ，Ｓｉ／ＳｉＯ 界面之 下为 器件结 构 ，完成 电学功 能 ；Ｓｉ／ＳｉＯ 界面之 上 为互联 结构 ， 将器 件性 能 弓１出 。Ｓｉ／ＳｉＯ：界面与器 件 的性能 和可靠 性密切相关 Ｊ。
关键词 ：高压ＩＧＢＴ；表面钝化 ；可靠 性 ；钝 化材料 ；钝化方案 中图分类号 ：ＴＮ３０５ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１００１—３４７４（２０１６）０２—００６７—０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ ＩＧＢＴ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ
２０１ ６年３月 第３７卷第２期
电子工艺技术
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｄｏｉ：１０．１４１７６０．ｉｓｓｎ．１００１－３４７４．２０１６．０２．００２
高压 ＩＧＢＴ表面钝 化技术 的研 究进展
李立 ，刘江 ，吴迪 ，王耀华 ，金锐
（国 网智能 电网研究院 ，北京 １０２２１１）
ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒ ｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈｉｐ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ Ｉａｙｅｒ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔ ｙ ｏｆ ＩＧＢＴ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ＩＧＢＴ ｓｕｒ ｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｐｏｗ ｅｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉＳ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆ ｐｏｗ ｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ ＳＯｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗ ｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ＩＧＢＴ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ＩＧＢＴ ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ．