RC-IGBT晶体管掀起半导体领域又一次技术革命

RC-IGBT即逆导型绝缘栅双极型晶体管，是为适应节能减排、经济高效应用研制的一种IGBT衍生品，因为传统IGBT各方面性能已经接近极限。RC-IGBT将传统IGBT晶胞与FRD（快速恢复二极管）晶胞集成于同一芯片，提供了一个紧凑的电流泄放电路。凭借成本和性能的优势，加上巨大的市场需求，RC-IGBT掀起了IGBT领域的又一次技术革命。

RC-IGBT的快速恢复现象

RC-IGBT的P-基区、N-漂移区、N+ buffer层及N+短路区构成了一个PIN二极管。RC-IGBT等效于一个IGBT与一个快速恢复二极管反并联，只不过在同一芯片上实现了。当IGBT在承受反压时，这个PIN二极管导通，这也正是称其为逆导型IGBT的原因。在关断期间，RC-IGBT为漂移区过剩载流子提供了一条有效的抽走通道，大大缩短了RC-IGBT的关断时间。

在RC-IGBT导通初期，器件是单极导通的，工作在VDMOS模式。电子从沟道注入N-漂移区，几乎垂直流向集电极，当流入buffer层后，电子流汇集到集电极短路区后流出器件。这样，从P+区边缘到P+区中央电势逐渐下降，而这个电势与P+区的电势决定了集电结是否开启。起初电子电流密度小，所产生的压降不足以使集电结开启。集电结两侧电势处处小于其内建电势(Vmg），继发型快速恢复（Secondary snap-back）现象出现的原因是由于实际芯片内部晶胞的不一致性，导通过程中少数晶胞首先进入电导调制状态，然后向周边扩散，晶胞逐次发生电导调制，也就会观察到一系列继发恢复现象。

RC-IGBT的各种命名释义

相对传统IGBT，RC-IGBT节省了芯片面积、封装、测试费用，降低了器件成本。此外，它还具有低的损耗、良好的SOA特性、正的温度系数，以及良好的软关断特性、短路特性以及良好的功率循环特性。

由于出色性能和广阔的市场行前景，众多中外半导体厂商相继投入RC-IGBT器件的研发和生产，也引发了命名和称谓的混乱。例如，英飞凌（Infineon）称其为Reverse Conducting IGBT，缩写为RC-IGBT，我国也采用这种命名；仙童公司（Fairchild，已经被安森美公司收购）则命名为Shorted Anode IGBT，简称SA-IGBT；ABB公司称其为Bi-mode Insulated Gate Transistor，简称BIGT，此处的两种模式分别是指正向导通时的IGBT模式和反向导通时的Diode模式。一些文献中，逆导型IGBT还被称为SC-IGBT(Segment Collector IGBT或Shorted Collector IGBT)、集电极短路IGBT、阳极短路IGBT等。

虽然称呼有差别，基本原理都是基于阳极短路技术，而阳极短路技术在GTO、JBS、MPS中也有应用。

典型RC-IGBT器件介绍

目前推出RC-IGBT器件的有士兰微电子、Infineon、Fairchild、ABB等，如士兰微电子今年3月推出的电磁炉用1350V RC-IGBT系列产品。该RC-IGBT产品基于士兰微电子独立自主开发的第三代场截止（Field-Stop III）工艺平台，实现在场截止型IGBT器件内部集成了续流二极管结构。


该RC-IGBT系列实现了最高1350V的额定击穿电压，同时针对家用电磁炉工作频率提升的应用需求，重新优化了器件的饱和压降Vce(sat)以及内部集成二极管的正向压降VF，从而实现器件在开关过程中具有低损耗的要求。为此，士兰微电子重新优化了IGBT器件晶胞结构，调整器件发射区胞元间距尺寸，提升了IGBT器件在导通时栅极下方PIN二极管区域的少数载流子的浓度，降低了器件饱和压降。