1.出现年代
从纵向结构的角度来看，IGBT可以分为穿通型（PT）和非穿通型（NPT）。这两种结构的划分基于在临界击穿电压下，P基-N漂移区的耗尽层是否穿过N-基区。
PT技术是最早出现的IGBT技术之一，在1980年到1990年间占据主导地位。英飞凌公司的第一代IGBT采用了PT技术。
NPT-IGBT由德国西门子公司于1987年推出，成为上世纪90年代的主流产品。英飞凌公司的第二代IGBT也采用了NPT技术。
2000年，西门子公司研发出了一种新的IGBT结构，即场栅型IGBT（FS-IGBT）。该结构融合了穿通型和非穿通型IGBT的优点，并一直保持主导地位。英飞凌公司的第三代及后续的IGBT均采用了FS技术。
这些不同的纵向结构在IGBT技术的发展历程中相继出现，并各自具有特定的优点和应用领域。
2.电场分布
这是关于IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的一些描述。
当IGBT的门极接收到低电平信号时，IGBT会处于截止状态，也就是不导电状态。此时，集电极和发射极之间的电压将由J2结承担，这导致J2结处于反偏状态。由于N-区域的掺杂浓度较低，这个PN结会扩展形成一个空间电荷区，而该区域主要位于N-区域内部。
在PT（Punch Through）和FS（Field Stop）类型的IGBT结构中，存在一层浓度较高的N+缓冲层，这样电场在N-基区衰减较慢，而在N+缓冲层衰减较快，从而形成了电场呈梯形分布。
而在NPT（Non-Punch Through）结构的IGBT中，电场以单一速率在N-基区中衰减，呈三角形分布。
3.生产工艺
PT（Punch Through）结构的制造过程是以高浓度的P+直拉单晶硅为起始材料。首先，在起始材料表面上生长一层掺杂浓度较高的N型缓冲层（N-buffer层），然后在其上继续淀积轻掺杂的N型外延层作为IGBT的漂移区。接下来，在N型外延层的表面形成P-base和N+ source作为元胞，最后根据需要减薄P型衬底。制作1200V或1700V耐压的产品需要较厚的N-外延层，因此制造难度大且成本高。
NPT（Non-Punch Through）结构的制造过程采用轻掺杂的N-熔单晶硅作为起始材料。首先，在硅片的正面制作元胞，并用钝化层保护好。然后将硅片减薄到合适的厚度。最后，在减薄的硅片背面注入硼，形成P+ collector区域，并进行杂质激活后再淀积金属铝。NPT结构相对于PT而言，制造成本较低，但制造厚度较大的N-外延层仍然具有一定的挑战性。
FS（Field Stop）结构的制造工艺与NPT类似，同样采用轻掺杂的N-熔单晶硅作为起始材料。在正面完成元胞制作后，进行背面工艺。不同之处在于，在硅片减薄之后，首先在背面注入磷，形成N+ buffer区域；然后再注入硼，形成P+ collector区域，并进行杂质激活后再淀积金属铝。相比于NPT结构，FS结构通过在背面增加N型注入、使硅片更薄，可以实现更低的VCESAT和较低的关断时间及关断损耗。但是，更薄的N-区域电阻会较小，导致碎片率上升。
4.发射极效率
在PT（Punch Through）结构中，为了确保器件的导通电阻不过高，必须将背面发射区的浓度设定得足够高，以提高电导率。这导致背面PN结具有很高的注入效率。 PT-IGBT的优点在于，在器件导通时，高注入效率使大量空穴迅速从背面注入N-基区，并且电子通过器件表面的反型沟道注入N-基区，这样可以形成良好的电导调制作用，从而降低通态压降。
在NPT（Non-Punch Through）和FS（Field Stop）型IGBT中，背面P+发射区相对较薄且掺杂浓度较低，因此背面发射区的注入效率比PT-IGBT要低得多。虽然NPT(FS)-IGBT的背面发射效率较低且基区较宽，但由于基区载流子的寿命较长，导致基区的电导调制效应更加显著。因此，NPT型IGBT的饱和压降并不比PT型高。
FS-IGBT具有N+缓冲层，从而使所需的N-基区较薄，类似于PT-IGBT。同时，FS-IGBT具有较低的背面P+发射效率，类似于NPT-IGBT。
5.拖尾电流
在PT-IGBT结构中，由于存在高浓度厚发射区，一方面增加了发射效率并增加了基区存储过剩载流子的数量。然而，在器件关断时，空穴无法从背P+区域流出，只能在N-基区内自行复合消失，导致明显的拖尾电流现象，从而延缓了器件的关断速度。这种延长的关断时间会增加器件的关断损耗。为改善PT-IGBT的关断速度，通常需要引入少子寿命控制技术，如电子辐照、重金属掺杂、质子辐照等。然而，这些改善开关特性的方法往往会引入器件参数漂移、特性退化和稳定性差等问题。
相比之下，在NPT-IGBT中，由于背面发射极电流中电子流成分较大，器件关断时，大量储存在基区的电子可以快速通过背面流出，而空穴则迅速流向P阱，因此拖尾电流较小，开关损耗也较低。因此，NPT-IGBT不需要使用少子寿命控制技术。此外，NPT型IGBT的一个显著优点是在关断时，拖尾电流随着温度的变化很小，因此具有较高的可靠性。
对于FS-IGBT而言，相比NPT结构，其拖尾电流持续时间更短。这是因为当反向电压恢复到直流母线电压时，P+N结耗尽层已经扩展到FS层或接近FS层，未被抽出的过剩载流子数量很少。因此，FS-IGBT既具备了NPT的优点，同时功耗更低。
6.温度系数
在PT-IGBT中，随着电流的增大，其电阻呈负温度系数。在室温下，PT-IGBT下载子寿命较短，但随着温度升高，载流子寿命变长，载流子浓度增加，等效电阻随温度升高而下降，即正向压降Uce减小。
相比之下，在NPT和FS结构的IGBT中，随着电流的增大，其电阻呈正温度系数。在NPT-IGBT中，载流子寿命较长，并且温度对载流子的影响很小。因此，在这种情况下，随着温度的升高，导通压降的主要影响因素是载流子迁移率u的降低以及集电极和发射极的接触电阻的增加。在非常低的正向电流下，NPT-IGBT也可表现出负温度系数，但当电流稍微增大时，IGBT就会转变为正温度系数。因此，在实际应用中，可以认为NPT-IGBT具有正温度系数。
关键词：罗姆IGBT
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