针对这一点,IGBT中由于追加了p+层,所以从漏极方面来看,它与n基极层之间构成了pn二极管。因为这个二极管的作用,n基极得到电导率调制,从而使通态电阻减小到几乎可以忽略的程度。因此,IGBT与MOSFET相比,能更容易地实现大容量化。

　　正如图2所表示的理想的等效电路那样,IGBT是pnp双极型晶体管和功率MOSFET进行达林顿连接后形成的单片级联型Bi-MOS晶体管。此外,IGBT与双极型晶体管的芯片和功率MOSFET 的芯片共同组合成的混合级联型Bi-MOS晶体管的区别就在于功率MOSFET的通态电阻。在IGBT中功率MOSFET的通态电阻变得微小,再考虑到芯片间需要布线这一点,IGBT比混合级联型Bi-MOS晶体管优越。

　　(3)富士电机的IGBT技术

　　富士电机电子设备技术的IGBT技术从1988年开始产品化,至今一直在市场上供应。图3中表现了从第一代到第五代IGBT产品的开发过程以及运用技术。第一代至第三代的IGBT中运用了外延片,通过优化生命期控制和IGBT的细微化技术进行了特性的改善。然后第四代和第五代产品通过从外延片过渡为FZ(Floating Zone)晶片,实现了大幅度的特性改善。IGBT的设计方针与从前相比,发生了很大的转变。

　　首先,运用外延片的IGBT(第三～第四代的600V型为止的系列产品,被称为“击穿型”)的基本设计思想如下所述。IGBT在导通时为了实现低通态电压化,从集电极侧注入大量的载流子,使IGBT内部充满高浓度的载流子,再加上为维持高电压而专门设置的n缓冲层,形成很薄的n-层,从而实现低通态电压。为了实现快速交换,也同时采用以IGBT内充满的载流子快速消失为目的的生命期控制技术(通过这些也能实现低交换损耗(Eoff))。但是,一旦运用了生命期控制技术,即使处于通常的导通状态,由于该技术所产生的效果(载流子的输送效率下降),出现了通态电压增加的问题,而通过载流子的更进一步高注入化可以解决这个问题。总之,使用外延片技术的IGBT的基本设计理念可以用“高注入、低输送效率”简单扼要地概括出来。相对而言,使用FZ晶片的IGBT(第四代1200V以后的系列)采用了抑制来自集电极侧载流子的注入,并通过降低注入效率来提高输送效率的逆向基本设计。在前面所述的使用外延片的IGBT的设计理念“高注入、低输送效率”中,通过对生命期的控制,强制性地对注入的载流子进行抑制,这不仅使特性的改善受到了限制,而且通过对生命期的控制使通态电压特性的标准离差增大等问题,对于近年来要求日益提高的并列使用所需的大容量化等方面非常不利。为了攻破此难题而开发的技术就是运用FZ晶片的新IGBT(NPT:Non Punch Through(从第四代IGBT使用)/FS:Field Stop(从第五代IGBT使用)—IGBT)。该IGBT不采用生命期控制,其基本的设计思想是通过对集电极(p+层)的不纯物质浓度进行控制,从而抑制载流子的注入效率。然而,要实现优于采用外延片的IGBT的特性,对于1200V的耐高压系列IGBT也要求能够实现超薄型产品(使用了FZ晶片的NPT和FS-IGBT中n-层的厚度=芯片(晶片)的厚度,该厚度越薄越能产生低通态电压)。总之,将运用FZ晶片IGBT的开发称为对芯片厚度的挑战一点也不过分。