绝缘栅双极晶体管晶体管的发展1947年的圣诞前某一天，贝尔实验室中，布拉顿平稳地用刀片在三角形金箔上划了一道细痕，恰到好处地将顶角一分为二，分别接上导线，随即准确地压进锗晶体表面的选定部位。

电流表的指示清晰地显示出，他们得到了一个有放大作用的新电子器件！布拉顿和巴丁兴奋地大喊大叫起来。

布拉顿在笔记本上这样写道：“电压增益100，功率增益40…… 实验演示日期1947年12月23日下午。

”作为见证者，肖克莱在这本笔记上郑重地签了名。

1948年，肖克莱发明了“结型晶体管”。

1948年7月1日，美国《纽约时报》只用了8个句子的篇幅，简短地公开了贝尔实验室发明晶体管的消息。

“一石激起千层浪”，它就像颗重磅炸弹，在全世界电子行业“引爆”出强烈的冲击波。

电子计算机终于就要大步跨进第二代的门槛！1950年：威廉·邵克雷开发出双极晶体管（Bipolar Junction Transistor），这是现在通行的标准的晶体管。

1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。

1954年10月18日：第一台晶体管收音机Regency TR1投入市场，仅包含4只锗晶体管。

1954年，贝尔实验室使用800支晶体管组装成功人类有史以来第一台晶体管计算机 TRADIC1961年4月25日：第一个集成电路专利被授予罗伯特·诺伊斯（Robert N oyce）。

最初的晶体管对收音机和电话而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小的晶体管，即集成电路。

1965年：摩尔定律诞生。

当时，戈登·摩尔（Gordon Moore）预测，未来一个芯片上的晶体管数量大约每年翻一倍（10年后修正为每两年），摩尔定律在Electronics Magazine杂志一篇文章中公布。

1968年7月：罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔从仙童（Fairchild）半导体公司辞职，创立了一个新的企业，即英特尔公司，英文名Intel为“集成电子设备（integrated electronics）”的缩写。

1969年：英特尔成功开发出第一个PMOS硅栅晶体管技术。

这些晶体管继续使用传统的二氧化硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极。

1971年：英特尔发布了其第一个微处理器4004。

4004规格为1/8英寸 x 1 /16英寸，包含仅2000多个晶体管，采用英特尔10微米PMOS技术生产。

1978年：英特尔标志性地把英特尔8088微处理器销售给IBM新的个人电脑事业部，武装了IBM新产品IBM PC的中枢大脑。

16位8088处理器含有2.9万个晶体管，运行频率为5MHz、8MHz和10MHz。

8088的成功推动英特尔进入了财富（Forture） 500强企业排名，《财富（Forture）》杂志将英特尔公司评为“七十大商业奇迹之一（Business Triumphs of the Seventies）”。

1982年：286微处理器（又称80286）推出，成为英特尔的第一个16位处理器，可运行为英特尔前一代产品所编写的所有软件。

286处理器使用了13400个晶体管，运行频率为6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。

1985年：英特尔386™微处理器问世，含有27.5万个晶体管，是最初4004晶体管数量的100多倍。

386是32位芯片，具备多任务处理能力，即它可在同一时间运行多个程序。

1993年：英特尔®奔腾®处理器问世，含有3百万个晶体管，采用英特尔0. 8微米制程技术生产。

1999年2月：英特尔发布了奔腾®III处理器。

奔腾III是1x1正方形硅，含有950万个晶体管，采用英特尔0.25微米制程技术生产。

2002年1月：英特尔奔腾4处理器推出，高性能桌面台式电脑由此可实现每秒钟22亿个周期运算。

它采用英特尔0.13微米制程技术生产，含有5500万个晶体管。

2002年8月13日：英特尔透露了90纳米制程技术的若干技术突破，包括高性能、低功耗晶体管，应变硅，高速铜质接头和新型低-k介质材料。

这是业内首次在生产中采用应变硅。

2003年3月12日：针对笔记本的英特尔®迅驰®移动技术平台诞生，包括了英特尔最新的移动处理器“英特尔奔腾M处理器”。

该处理器基于全新的移动优化微体系架构，采用英特尔0.13微米制程技术生产，包含7700万个晶体管。

2005年5月26日：英特尔第一个主流双核处理器“英特尔奔腾D处理器”诞生，含有2.3亿个晶体管，采用英特尔领先的90纳米制程技术生产。

2006年7月18日：英特尔®安腾®2双核处理器发布，采用世界最复杂的产品设计，含有17.2亿个晶体管。

该处理器采用英特尔90纳米制程技术生产。

2006年7月27日：英特尔®酷睿™2双核处理器诞生。

该处理器含有2.9亿多个晶体管，采用英特尔65纳米制程技术在世界最先进的几个实验室生产。

2006年9月26日：英特尔宣布，超过15种45纳米制程产品正在开发，面向台式机、笔记本和企业级计算市场，研发代码Penryn，是从英特尔®酷睿™微体系架构派生而出。

2007年1月8日：为扩大四核PC向主流买家的销售，英特尔发布了针对桌面电脑的65纳米制程英特尔®酷睿™2四核处理器和另外两款四核服务器处理器。

英特尔®酷睿™2四核处理器含有5.8亿多个晶体管。

2007年1月29日：英特尔公布采用突破性的晶体管材料即高-k栅介质和金属栅极。

英特尔将采用这些材料在公司下一代处理器——英特尔®酷睿™2双核、英特尔®酷睿™2四核处理器以及英特尔®至强®系列多核处理器的数以亿计的45纳米晶体管或微小开关中用来构建绝缘“墙”和开关“门”，研发代码Penryn。

采用了这些先进的晶体管，已经生产出了英特尔45纳米微处理器。

2007年11月22日：英特尔公司隆重发布了 16 款服务器及高端 PC 处理器，率先在其内部数以亿计的晶体管中采用了英特尔最新的基于铪的高-K 金属栅极技术。

这批英特尔® 酷睿™2 至尊处理器及英特尔® 至强® 处理器同时还是首批采用英特尔 45 纳米制程的产品，从而可进一步提升系统性能，大幅降低能耗。

介绍IGBT的结构和工作原理三端器件：栅极G、集电极C和发射极EIGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号（1）IGBT的结构如图所示，N沟道MOSFET与GTR组合——N沟道IGBT（N-IGBT）IGBT比P-MOSFET多一层P+注入区，形成了一个大面积的P+N结J1使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，从而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流能力简化等效电路表明，IGBT 是GTR与MOSFET组成的达林顿结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管RN为晶体管基区内的调制电阻（2）IGBT的工作原理驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压UGE决定导通：UGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通导通IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT 增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层（NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分），其中一个MOSFET驱动两个双极器件。

基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。

当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。

如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。

最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET 电流)；空穴电流（双极）。

uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。

导通压降电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降小。

关断当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。

在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子（少子）。

这种残余电流值（尾流）的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。

少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高；交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。

鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。

因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的，尾流特性与VCE、IC和 TC有关。

栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。

反向阻断当集电极被施加一个反向电压时，J1 就会受到反向偏压控制，耗尽层则会向N-区扩展。

因过多地降低这个层面的厚度，将无法取得一个有效的阻断能力，所以，这个机制十分重要。

另一方面，如果过大地增加这个区域尺寸，就会连续地提高压降。

正向阻断当栅极和发射极短接并在集电极端子施加一个正电压时，P/NJ3结受反向电压控制。

此时，仍然是由N漂移区中的耗尽层承受外部施加的电压。

闩锁IGBT在集电极与发射极之间有一个寄生PNPN晶闸管。

在特殊条件下，这种寄生器件会导通。

这种现象会使集电极与发射极之间的电流量增加，对等效MOSFET的控制能力降低，通常还会引起器件击穿问题。

晶闸管导通现象被称为IGBT闩锁，具体地说，这种缺陷的原因互不相同，与器件的状态有密切关系。

通常情况下，静态和动态闩锁有如下主要区别：当晶闸管全部导通时，静态闩锁出现。

只在关断时才会出现动态闩锁。

这一特殊现象严重地限制了安全操作区。

为防止寄生NPN和PNP晶体管的有害现象，有必要采取以下措施：一是防止NPN部分接通，分别改变布局和掺杂级别。

二是降低NPN和PNP晶体管的总电流增益。

此外，闩锁电流对PNP和NPN器件的电流增益有一定的影响，因此，它与结温的关系也非常密切；在结温和增益提高的情况下，P基区的电阻率会升高，破坏了整体特性。

因此，器件制造商必须注意将集电极最大电流值与闩锁电流之间保持一定的比例，通常比例为1：5。

IGBT的静态工作特性IGBT的转移特性和输出特性a) 转移特性 b) 输出特性（1）转移特性：IC与UGE间的关系，与MOSFET转移特性类似。