在日前舉行的“第53屆應用物理學相關聯合演講會”的研討會《加快能源器件革新，實現可持續發展》上，豐田汽車車輛技術本部第3電子技術部第32電子室長櫛田知義登臺發表了演講，公布了專為以“先驅（Prius）”為代表的混合動力車自產的IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的實現技術及其發展方向。  

    面向混合動力車的半導體元器件分為4大類，包括：  

    1 IGBT（絕緣柵雙極晶體管）、功率MOS、電源供應IC等功率元器件、  

    2 面向ABS（防抱死系統）的IC等功率元器件以后的車載元器件、  

    3 高頻率IC及DSP等面向信息處理及通信的元器件、  

    4 模擬IC及存儲器等其它元器件。豐田表示：“本公司擁有自產上述所有元器件的技術”。其中，IGBT是馬達控制不可或缺的關鍵元器件。  

    該公司自產的IGBT方面，配備在一代“先驅”上的產品對柵極長度進行了1μm以下的微細化，芯片面積減小到了100mm2以下。具有兩大特點。是在芯片上配備了溫度傳感器及電流傳感器。憑借這一措施，可以防止因過熱及過電流導致元器件發生故障，從而實現了在面向車載時要求達到的高可靠性。元器件的壽命按時間換算在10年以下，而按行駛距離換算則超過100,000km。雖然此前就有其它公司在芯片上配備溫度傳感器及電流傳感器的先例，不過該公司的IGBT將兩者集成在了1枚芯片上。  

    第二個特點是：為了減少導通時的電力損失，在制造工序上下了一番功夫。IGBT在導通時容易在集電極附近殘留電子及空穴，這樣便會加大導通電阻，從而使能源損失增加。該公司通過在集電極附近設置利用電子與空穴重新結合而消失的層（再結合層），抑制了損失的增大。再結合層通過在高能源He離子注入硅底板后，在電極周圍的硅結晶產生大量缺陷來形成。該技術利用了在缺陷部分容易產生重新結合的特性。  

    為了進一步減少導通損失，該公司今后打算階段性地導入以下三項技術：  

    1 減小耐電壓部分的厚度，在減小耐電壓部分的厚度方面，通過將厚度減小至目前為數百μm的一半以下來降低導通電阻；  

    2 導入超級連接（Super Junction，SJ）構造，SJ構造通過添加雜質使在發射集周圍形成的空乏層延伸至集電極附近來降低導通電阻；  

    3 導入碳化硅（SiC）等新材料，碳化硅與現有IGBT使用的硅相比，由于絕緣擊穿電場強度大、可減小耐電壓部分的厚度，因此有助于降低導通電阻。  

    在1-3中，1和2已經由德國英飛凌科技（Infineon Technologies AG）等元器件廠商實現了面向民用設備的實用化。與民用設備相比，豐田設想在3～4年以內面向技術門檻較高的混合動力車實現1和2的實用化。而3則還沒有實用案例。豐田表示：“從目前情況來看，如果使用碳化硅，成本要比使用硅高10倍以上。對于將碳化硅導入面向混合動力車的IGBT的時間，我們的目標是2010年代初期。” 

來源：電子工程專輯