（一）引言
传统硅基IGBT的可靠性受限于材料本身的物理特性。目前商用Si IGBT的最高结温(Tvjmax)普遍为150~175℃，长期高温运行会导致以下问题：①漏电流剧增：高温下半导体本征载流子浓度指数级上升，反向偏置时漏电流显著增大，导致器件热失控。②阈值电压漂移：栅氧界面陷阱电荷在高温下激活，引发阈值电压漂移，影响开关稳定性。③封装材料老化：传统封装材料(如环氧树脂、焊料)在高温下易发生热膨胀失配、分层开裂，加剧电热耦合失效。其中，漏电流是高温可靠性的核心限制因素。在185℃下，漏电流可能比常温(25℃)高4-5个数量级，直接威胁器件长期稳定性。因此，降低高温漏电流是实现185℃可靠性的关键技术路径。
（二）降低漏电设计(一)——降低N-漂移区电阻率
1、漏电流组成
常温下，当施加反向偏置电压时，IGBT的漏电流主要由漂移电流产生，耗尽区内的载流子被电场加速形成漂移电流。在高温下，IGBT的漏电流由扩散电流和漂移电流共同作用，其主导机制：
①漂移电流：在反向偏置的高电场下，耗尽区内的载流子被电场加速形成漂移电流。高温下，本征载流子浓度(ni)升高，击穿电压对应的临界电场降低，耗尽区宽度W∝(VBR/Nd)1/2随之减小，导致高电场区域更易发生碰撞电离和漏电。耗尽区内的热产生电流(SRH产生)显著增加。
②扩散电流：当耗尽区无法完全覆盖漂移区时，中性区(未耗尽区域)的载流子因浓度梯度扩散形成电流。高温下ni升高，若掺杂浓度(Nd)不足，中性区扩大，扩散电流贡献加剧。温度升高时，本征载流子浓度ni∝T3/2e-Eg/(2kT)呈指数增长(如185℃时，ni可达1013cm-3量级)。当ni超过N-漂移区的掺杂浓度(Nd)时，耗尽区被“淹没”，漂移区进入准本征状态，导致漏电流大幅上升。
③隧穿电流：极高电场下可能发生带间隧穿(如齐纳击穿)，但此效应在常规IGBT工作电压下通常不主导。
2、漏电流的主导机制
在不同掺杂浓度(Nd)与温度组合下，漏电流的主导机制发生变化：
Case 1：Nd>>ni (低温或高Nd)：耗尽区完全覆盖漂移区，漏电流以耗尽区内的漂移电流为主，扩散电流可忽略。
Case 2：Nd≈ni (高温或低Nd)：耗尽区部分退缩，中性区形成，漏电流由漂移电流(耗尽区)+扩散电流(中性区)共同主导。
Case 3：Nd<ni (极端高温或极低Nd)：耗尽区几乎消失，漏电流以中性区的扩散电流为主，器件可能因热失控失效。
图1. ni和漏电流随温度变化[1]
3、降低N-漂移区电阻率(即提高掺杂浓度Nd)的理论可行性
通过提高N-漂移区掺杂浓度(Nd)实现双重目标：
①抑制中性区扩散电流：提高Nd(例如从1×1014cm-3提升至5×1014cm-3)使Nd >> ni在高温下仍成立，可抑制ni对耗尽区的侵入，从而减少本征载流子主导的漏电流，确保耗尽区覆盖漂移区，消除中性区扩散电流。
②降低漂移电流(SRH产生)：更宽的耗尽区W∝(VBR/Nd)1/2虽因Nd提高而略微缩减，但通过结构设计或者场截止层(FS)等技术补偿VBR，整体电场强度降低，减少SRH产生率。
（三）参考文献
[1] F.S. Shoucair, J.M. Early. High-temperature diffusion leakage-current-dependent MOSFET small-signal conductance. IEEE Transactions on Electron Devices, 1984, 31(12): 1866-1872. DOI: 10.1109/T-ED.1984.21803
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