IGBT的發展可以追溯至20世紀80年代,最初的IGBT采用了平面穿通(PT),這種IGBT通過重摻雜的P+襯底開始,但是存在負溫度系數、通態壓降一致性差等問題,不利于并聯使用。盡管如此,它開啟了IGBT在電力電子領域的應用。
隨著時間的推移,IGBT經歷了多次迭代,從非穿通( NPT)結構到場截止( FS)結構的轉變,柵極結構也從平面型轉向溝槽型(Trench)。這些改進逐步提升了IGBT的性能,包括降低導通壓降、縮短開關時間、提高斷態電壓等,這也是IGBT從第二代到第五代的變化。
到了第六代,IGBT進一步優化了溝槽結構和場截止技術,顯著提高了電流密度和能效,降低了開關損耗,同時在高溫工作表現上有了顯著提升。
而在2018年前后,市場中開始推出的第七代IGBT,引入了微溝槽柵+場截止(Micro Pattern Trench)技術,這是IGBT技術的一次重大飛躍。第七代IGBT的特點包括更高的溝道密度、優化的元胞設計、更低的寄生電容,以及在極端開關速度(如5kV/μs)下仍能保持最佳性能。這使得IGBT7在降低靜態損耗、提高開關速度、增強高溫工作能力等方面達到新的高度,特別適合于高性能的電動汽車、可再生能源系統和高壓直流輸電等應用。
其中微溝槽技術能夠改善載流子傳輸特性,從而在不犧牲開關速度的情況下降低靜態損耗。這意味著在相同工作條件下,第七代IGBT能更高效地轉換電能,減少發熱。并且相比第六代IGBT,第七代的靜態損耗降低了約30%,這對于提升系統能效和減少冷卻需求至關重要。
此外,有數據顯示,在相同封裝體積下,第七代IGBT的電流輸出能力增加了50%以上,這得益于更高的電流密度,使得設備小型化成為可能,或者在不改變體積的前提下提高系統的功率輸出。
并且,第七代IGBT也滿足了電子行業對更高效率、更小尺寸、更高功率密度和更低損耗的需求。第七代IGBT技術通過實現面積減小20%、芯片厚度從120微米減少到80微米、導通壓降從1.7V降到1.4V,大幅提升了IGBT的性價比。
舉個例子,在儲能系統中使用第七代IGBT,可以設計出發電和蓄電能力更強的系統,提高能源管理效率,增強儲存能力,從而更平穩地將太陽能電力并網到電網中。此外,通過第七代IGBT設計的模塊還支持將多余的電力儲存在儲能系統中,有效緩解太陽能發電的間歇性問題,確保供電的可靠性和穩定性。