這里，“新型大功率半導(dǎo)體器件”是指：IGBT、IEGT、IGCT等大功率半導(dǎo)體器件，用于區(qū)別整流管、晶閘管及其派生器件。
2012年初我為本網(wǎng)站寫了一篇短文，題目是：為什么市場上沒有國產(chǎn)的IGBT芯片?在文中我提到了一個看法：從技術(shù)角度講不能不承認IGBT技術(shù)含量高、制造難度大，這是阻礙我們下決心去開發(fā)IGBT芯片主要原因之一。據(jù)了解，制造工藝與集成電路有雷同之處，但集成電路廠沒有功率半導(dǎo)體的生產(chǎn)工藝，設(shè)計思路也不一樣。但就承受電壓來說要達到數(shù)千伏，遠遠超過了集成電路。
時間兩年過去了，很多公司投下了可觀的精力和資金，但國產(chǎn)的IGBT芯片研發(fā)進展還是不快。是什么原因呢?有一位原微電子行業(yè)專家、現(xiàn)轉(zhuǎn)到研發(fā)IGBT等大功率半導(dǎo)體器件的一家公司做領(lǐng)頭人，前不久我與他對此問題作了交流。他承認了進展不快的現(xiàn)實。說起原因他不承認他的研發(fā)班子缺少功率半導(dǎo)體器件(如大功率晶閘管)設(shè)計制作的基礎(chǔ)會對IGBT研發(fā)有什么影響。換句話說，單用微電子技術(shù)就可設(shè)計、制造IGBT等新型大功率半導(dǎo)體器件。堅持設(shè)計和制造工藝必須要按國外現(xiàn)有的思路走，十分謹慎。國外的思路從何而來?國外技術(shù)封鎖嚴密，特別是制造工藝滴水不漏。他說，招聘在國外公司工作過的海歸就行。
為了說服他，又以他們正在研發(fā)的寬禁帶碳化硅肖特基二極管為例進行討論。目前他們研制水平最高是50A、1300伏，使用微電子制造工藝，百級的超凈室，成本高、周期長。我建議他了解一下硅肖特基二極管的設(shè)計和工藝，以便從中了解有沒有可借鑒之處?
我善意地建議他公司的工程師應(yīng)該掌握晶閘管一類的功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)品的設(shè)計和制造工藝，這對他們工作具有十分重要的意義。但遺憾的被他拒絕了。話語之中透露出一種對晶閘管等產(chǎn)品的不屑之感。
我的建議是出自兩個方面的原因。
一是借鑒。
微電子集成電路和晶閘管都是半導(dǎo)體硅器件。無論設(shè)計、工藝方法以及實現(xiàn)工藝的設(shè)備雖不同但有相通之處。互相了解、開闊思路，就能發(fā)現(xiàn)有許多地方可以借鑒。經(jīng)驗告訴我們，即使不同行業(yè)也有值得借鑒之處。回想60年代初，我國晶閘管水平在國際上名列前茅，國外來交流的同行絡(luò)繹不絕，尤其是日本。盡管如此，晶閘管的設(shè)計和工藝的創(chuàng)新從沒間斷過，思路上也沒受任何“框框”的限制。例如，本人曾經(jīng)歷過兩項技術(shù)創(chuàng)新。一是創(chuàng)造了球面磨角工藝;一是用高表面濃度擴散工藝替代了大量使用高純黃金的歐姆接觸。拿現(xiàn)在來說都可申請專利。前者是借鑒了光學(xué)透鏡的研磨工藝和設(shè)備;后者是采用了常用于形成PN結(jié)的擴散工藝，替代了當時國際上普遍采用的合金工藝。前者行業(yè)中流行了二十年，直到更先進的“噴砂磨角工藝”出現(xiàn)。后者至今還用。由于當時講究“無私的風(fēng)格”，很快全國同行聞風(fēng)前來學(xué)習(xí)，不但免費，而且要熱情。再舉一例。上世記六、七十年代，當時全國排名領(lǐng)先的原北京、上海、西安的六大家晶閘管制造企業(yè)，同樣規(guī)格的晶閘管在設(shè)計上、工藝上各有其自己的特色，有許多不同點。這就是當時技術(shù)交流的源泉。
例子說明，盡管是高技術(shù)，決不能一成不變。IGBT從第一代發(fā)展到第六代就是“變”的結(jié)果。“變”的成因中“借鑒”是十分重要的因素之一。
二是結(jié)合。
IGBT全稱是絕緣柵大功率雙極型晶體管。它的出現(xiàn)是基于微電子的絕緣柵和功率半導(dǎo)體器件雙極型晶體管的結(jié)合，兩者缺一就做不成。原本雙極型晶體管就是大電流、高電壓的功率半導(dǎo)體器件，與晶閘管同類，信號輸入改成微電子的絕緣柵結(jié)構(gòu)，兩者結(jié)合形成新型電力電子器件IGBT的設(shè)計原理。我相信，不了解大功率半導(dǎo)體器件的設(shè)計和工藝是很難做出IGBT的。
中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會肖向鋒秘書長在他的文章“電力電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景”中就提出：積極促進電力電子和微電子的合作，加強技術(shù)交流，發(fā)揮微電子生產(chǎn)線的作用，加快電力電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。他說：“電力電子器件和微電子器件是半導(dǎo)體器件的兩個分枝，電力電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)考慮的是大功率、超大功率，微電子考慮的是提高集成度，所以它們的設(shè)計理念和關(guān)鍵制造工藝是不同。但電力電子和微電子器件基本原理相同，技術(shù)相通，所以促進電力電子和微電子的合作，加強技術(shù)交流，發(fā)揮微電子生產(chǎn)線的作用，有利于加快電力電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的進程。在發(fā)展電力電子器件時，要加強引導(dǎo)，如鼓勵I(lǐng)GBT的正面加工在微電子生產(chǎn)線上加工流片，并通過技術(shù)交流，提高加工流片的質(zhì)量。同時要做好高頻場控器件IGBT背面加工工藝線的建設(shè)，形成高頻場控IGBT件器件完整的加工線。”
晶閘管、整流管等大功率電力電子器件在高壓、大電流的電力領(lǐng)域已有半個世紀的應(yīng)用歷史，應(yīng)用范圍極廣。但因無法關(guān)斷、應(yīng)用頻率低等固有缺陷，有相當大的應(yīng)用領(lǐng)域被IGBT所占領(lǐng)。但千萬別忘記，它們兩者的千絲萬縷聯(lián)系。而且，前者也不會馬上退出歷史舞臺，在相當長的一段時間里(起碼50年)將會與IGBT等新型電力電子器件并駕齊驅(qū)。希望不要忘記它們，也不要小看它們!
椿樹朱英文 2014-3-15
