FS场终止型IGBT结构与原理

FSIGBT除了叫“场终止(FS)”，根据生产商不同，又可称为“软穿通(SPT)”和“轻穿通(LPT)”。在LPT结构中，FS层特别弱，其功能主要是静态阻断，而不是动态阻断。英飞凌科技称之为FS技术，ABB称之为SPT技术，而三菱电机称之为LPT技术。FSIGBT是在NPTIGBT基础上开发的IGBT，其内部分集电极层结构及电场分布如图1所示。其设计目的是为了尽可能地降低IGBT的总损耗。由于增加了电场终止层，所以N-型衬底就不像NPTIGBT那样厚，可以稍微薄一些。在反向阻断时，如果电压较高，电场渗入到N-型衬底后线性降低，电场终止层可以截止剩余的电场这种情况下，形成了类似PTIGBT内的锯齿形电场分布。

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因为背部的P型发射区在场终止FSIGBT中效率不高，相对低掺杂的N区可以作为场终止层，这样也可以尽可能降低对背面发射区的影响。如前文所述，场终止层为了能够截止电场，掺杂的浓度必须合适。通常场终止层的掺杂浓度在～cm-3之间，而PTIGBT缓冲层的掺杂浓度还要高一个数量级。N-型衬底和场终止层设计决定了FSIGBT的开关特性，比如电场开始渗入到场终止层的初始阻断电压。低压时，电场在N-基型衬底已经减小到零，半导体中存在足够的载流子来形成一定的拖尾电流。随着电压的逐步升高，电场开始扩展到N-，最后达到场终止层。因而，关断时形成拖尾电流的载流子数目越来越少。随着拖尾电流的降低，关断损耗通常比较小。在击穿电压之前，IGBT几乎没有拖尾电流，表现出硬关断(snappyturn-off)特性。FSIGBT和NPTIGBT一样具有正温度系数。