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ISPSD推进功率半导体技术发展之旅

第三代半导体产业联盟  · 公众号  ·  · 2019-04-11 17:02

正文

第31届功率半导体器件和集成电路国际会议(International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs,ISPSD)将于2019年5月19-23日在上海宝华万豪酒店举办,这是ISPSD会议举办30多年以来第一次在中国内地召开。

ISPSD 2019由浙江大学主办,浙江大学盛况教授担任大会主席(General Chair),电子科技大学张波教授担任大会副主席(Vice General Chair);香港科技大学陈敬(Kevin J. Chen)教授担任技术程序委员会(Technical Program Committee,TPC)主席。


ISPSD会议是功率半导体器件和集成电路领域在国际上最重要、影响力最强的顶级学术会议,它被认为是功率半导体器件和集成电路领域的奥林匹克会议,一直以来都是国内外产业界和学术界争相发表重要成果的舞台。

为了让大家对ISPSD有更全面的了解,笔者特别对前30年的ISPSD会议情况进行一个简单回顾。如有不当之处,敬请指正。

本文分三大部分:

01

一、ISPSD的发展和成就

1、ISPSD的起源

2、全球轮流举办让ISPSD更具全球化

3、ISPSD关注的重点领域

4、ISPSD技术委员会

5、ISPSD的成

01

02

二、ISPSD三十年的亮点

1、IGBT

2、BCDMOS技术

3、超结器件(Super Junction devices)

4、宽禁带(Wide Bandgap):碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)

02

03

三、中国内地在ISPSD的表现

1、中国内地论文发表情况

2、中国内地专家在ISPSD TPC的影响

3、中国内地在ISPSD的特邀报告情况

03

一、ISPSD的发展和成就

1、ISPSD的起源

为了满足日益发展的功率半导体器件和技术的需求,IEEE旗下多个技术学会在20世纪80年代中后期举办了多个专题讨论会。

1987年5月,国际电子电气工程师学会电化学学会(IEEE ECS,IEEE Electro Chemical Society)的电子分会(Electronics division)发起举办了“高压和智能功率器件论坛(Symposium on High Voltage and Smart Power Devices)”,论坛在宾夕法尼亚州费城(Philadelphia)举行。

1988年8月,日本电气工程师学会(IEE Japan)在日本东京举办了“国际功率半导体器件研讨会(International Symposium on Power Semiconductor Devices)”。这次会议通常被业界认为是ISPSD的首届会议。


1989年5月,国际电子电气工程师学会电化学学会(IEEE ECS)在宾夕法尼亚州雷丁(Reading)发起举办了“高压器件和智能功率集成电路(High Voltage & Smart Power ICs)”,会议得到国际电子电气工程师学会电子器件学会(IEEE EDS,IEEE Electron Devices Society)的支持。

1990年4月,国际电子电气工程师学会电子器件学会(IEEE EDS)与日本电气工程师学会(IEE Japan)在日本东京共同举办第二届ISPSD。本届ISPSD会议在标题中加入了“IC”,会议名称改为“国际功率半导体器件和集成电路研讨会(International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs)”。但是英文缩写没有改变,还是缩写为“ISPSD”。

这也表明功率半导体产品的挑战:将高压大功率器件与集成功率器件和IC相结合。

2、全球轮流举办让ISPSD更具全球化

1991年,第三届ISPSD在美国巴尔的摩举行,会议得到国际电子电气工程师学会电子器件学会(IEEE EDS)全力支持。

1994年,第六届ISPSD在瑞士达沃斯举行,这是ISPSD会议首次在欧洲举办。会议得到苏黎世联邦理工大学(ETH)、国际电子电气工程师学会电子器件学会(IEEE EDS)、日本电气工程师学会(IEE Japan)和欧洲电力电子学会(European Conf. on Power Electronics,EPE)的支持。

从1994年开始,ISPED在日本(亚洲地区)、美国(北美地区)和欧洲三地轮流主办,ISPSD成为全球最重要的功率半导体器件研讨会。

要注意的是,1999年ISPSD会议在加拿大多伦多举行;2007年ISPSD会议在韩国济州岛举行。

随着2010年以后“其他地区”提交的论文数量增加,ISPSD咨询委员会决定,2012年开始从美国、日本和欧洲以外的其他地区进行遴选,进行四年轮换制。于是2015年ISPSD会议在中国香港举行。

2019年ISPSD会议将在中国上海举办。这是30多年以来,ISPSD会议第一次在中国内地举办,标志着中国内地的功率半导体器件和集成电路的研究和产业化在国际上产生着越来越重要的影响。

3、ISPSD关注的重点领域

ISPSD关注的重点领域包括高压大功率分立器件、低压功率器件、集成功率器件(LV和HV)和IC、双极和MOS控制器件和技术、射频功率器件、非硅基器件、具有宽安全工作区的新型器件。

4、ISPSD技术委员会

从1988年至2004年,大会的程序委员会不分组审查所有提交的论文。

从2005年起设立了技术程序委员会(TPC),并分成“低压和射频(Low Voltage and RF)、高压(High Voltage)、集成功率(Integrated Power)”三个小组,分组审查论文。

2008年增加了宽禁带(Wide Bandgap)小组;2010年增加了模块和封装(Module & Package)小组;2016年宽禁带(Wide Bandgap)小组一分为二,分别是:氮化镓和其他氮化物(GaN and Other Nitrides)、碳化硅和其他(SiC and Other)。

经过多次调整,目前技术程序委员会(TPC)设有六个小组:

高压功率器件High Voltage Power Devices (HV);

低压功率器件Low Voltage Devices and Power IC Device Technology (LVT);

功率集成电路Power IC Design (ICD);

氮化镓与氮化物器件GaN and Nitride Base Compound Materials (GaN);

碳化硅和其他材料SiC and Other Materials (SiC);

模块和封装工艺Module and Package Technologies (PK)。

本届技术程序委员会(TPC)共有61人,其中中国共有14位,占23%。香港科技大学陈敬(Kevin J. Chen)教授担任TPC主席。

其他13人分布在六个小组:罗小蓉(电子科技大学)、汤艺(Yi Tang,嘉兴斯达半导体副总经理)、张帅(Shuai (Simon) Zhang,台积电TSMC,原华虹宏力);David Tsung-Yi Huang(瑞昱Richtek);游步东(矽力杰首席技术官及首席运营官)、祝靖(东南大学);蔡志强(Tom Tsai,台积电,氮化镓与氮化物器件小组主席)、刘扬(中山大学)、杨树(浙江大学);黄智方(Chih-Fang Huang,台湾清华大学)、李传英(Chwan Ying Lee,瀚薪科技总经理)、李坤彦(Kung-Yen Lee,台湾大学);赵振清(Zhenqing Zhao,台达电子上海)。

5、ISPSD的成就

第一是在一个会议中结合高压大功率器件和集成功率器件和IC。

第二是ISPSD作为国际功率半导体器件和IC首要会议的地位不可撼动。

第三是建立了一个国际功率半导体器件和IC相关领域专家社区,每年举行一次会议,交流该领域的理论、研究、应用和发展。

第四是通过提供最新研究、课程、研讨会和评论文章,提供定期论坛,促进国际功率半导体器件和IC的发展。

二、ISPSD三十年的亮点

从1988年至今,ISPSD已经有30多年的历史。30多年来,ISPSD极大的推动了全球功率半导体器件和功率集成电路的发展。

笔者虽然无缘参加ISPSD,但是对ISPSD自1988年举办以来的情况非常关注,查阅了有关30年来ISPSD的文章。以下是笔者对ISPSD的一点心得,欢迎拍砖。


1、IGBT

绝缘栅晶体管(IGBT)是在MOSFET和Bipolar基础上发展起来的新型复合功率器件。具有MOS输入、双极输出功能,集Bipolar通态压降小、载流密度大、耐压高和功率MOSFET驱动功率小、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好的优点于一身。

IGBT概念形成是在1978 年。1983年世界首款IGBT芯片由美国通用公司和RCA公司研制成功的,当时容量为500V/20A。1984年第一代IGBT产品正式形成,是穿通型平面栅(PT-Planar,Punch Through),采用DMOS 工艺制造,1986年正式商业化。

之后,IGBT经过改进的穿通型平面栅(PT-Planar)、非穿通型平面栅(NPT,Non-Punch Through)、穿通型沟槽(PT-Trench)、场截止型(Field Stop,FS)、沟槽型场截止型(FS-Trench)等技术升级,以及新材料的出现(如氮化镓GaN、碳化硅SiC等)。

在ISPSD三十年中,几乎每年都有IGBT相关的论文入选。

1988年举办的第一届ISPSD中,东芝、三菱、三洋、日立、AT&T等公司都提及了IGBT。

1992年在日本东京举办的第四届ISPSD上,入选的有关IGBT论文超过10篇,并专门设立“Session 2:IGBT”。此后,每年ISPSD会议上至少有一个IGBT的Session。

1994年在瑞士达沃斯举办的第六届ISPSD上,为IGBT设立了三个Session,分别是“Session 2: IGBT 1、Session 4: IGBT 2、Session 9: IGBT 3”。当年入选的有关IGBT的文章近30篇。

未来,IGBT的发展目标是:大电流、高电压、低功耗、高频率、功能集成化、高可靠性。

而IGBT的未来发展趋势将表现为:1、薄片工艺,为减少热阻,晶圆厚度将越来越薄,英飞凌已经可以减薄至50µm;2、小管芯,管芯越小,越能提高电流密度,据称,目前管芯面积不足20年前的1/3;3、大硅片,以英飞凌为代表的已经在12英寸晶圆上生产IGBT;4、新材料,主要是以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)为代表的宽禁带材料。


2、BCDMOS技术

BCDMOS是一种单芯片功率集成电路技术。1986年由意法半导体(STM)率先研制成功,使得能够在同一芯片上制作双极(Bipolar)、CMOS和DMOS器件。







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