Sebagaimana pada power FET tegangan rendah, resistansi kanal dapat dikurangi dengan menaikkan kepadatan kemasan kanal; yakni dengan menambahkan lebih banyak kanal per unit luasan chip-nya. Namun demikian, sebagaimana halnya pada piranti-piranti tegangan rendah, dengan membuat penambahan kepadatan kanal, berarti difusi body-p pada die-nya lebih didekatkan satu sama lain, yang berdampak menaikkan resistansi JFET. Jika kepadatan kanal naik, resistansi JFET akan mulai mendominasi, yang menyebabkan sumbangan kenaikan nilai pada resistansi dalam kondisi menyambung.

APT telah berhasil mewujudkan pembuatan FET tegangan tinggi yang disebut Power MOS V ( Power MOS seri atau generasi kelima) yang memiliki kemampuan dalam hal pengurangan nilai resistansi kondisi menyambung (yang berarti memperkecil rugi konduksi), dan menaikkan kecepatan (yang berarti memperkecil rugi penyakelaran). Proses ini dilakukan melalui pengurangan resistansi JFET dengan cara mengurangi kedalaman difusi body -p-nya. Sedang pembuatan junction yang lebih sempit memungkinkan untuk meningkatkan kepadatan kemasan kanalnya. Di samping proses Power MOS V yang menggunakan teknik "bonding di sepanjang daerah aktifnya", teknologi yang diterapkan ini mampu memperbesar luasan kanal yang dapat dimanfaatkan pada sebuah die.

Tabel 4. Perbandingan resistansi kondisi menyambung (R_DS(on)) Produk APT antara Power Mos V (generasi baru) dan Power MOS IV (generasi sebelumnya).

Tegangan dadal (Volt)	Power MOS V (miliOhm)	Power MOS IV (miliOhm)	Perbaikan
1200	1500	-	Baru
1000	860	-	Baru
800	560	-	Baru
600	250	300	17%
500	170	200	15%
400	120	160	25%
300	70	85	18%
200	38	45	16%
100	19	25	24%

Sifat power MOSFET yang secara keseluruhan memiliki sedikit pembawa muatan minoritas (hole), membuatnya memiliki kemampuan untuk beroperasi pada frekuensi dalam orde gigahertz dan waktu penyakelaran dalam orde nano detik. Namun demikian, interaksi impedansi source dan gate dengan kapasitansi masukannya secara praktis membatasi kecepatan kerjanya.

Analisa model rangkaian dari sebuah power FET menunjukkan bahwa meminimumkan impedansi gate (R_g +L_g) dan impedansi source (R_s +L_s) mengurangi waktu penyakelaran (Gambar 3). Dengan demikian konstanta waktu yang dihasilkan oleh impedansi Gate dikaitkan dengan kapasitansi masukan (C_gs dan C_gd) menentukan tundaan waktu menyambung (t_d(on)) dan waktu tunda memutus (t_d(off))-nya. Di samping itu, impedansi gate yang dikaitkan dengan kapasitansi Miller cgd menciptakan kontanta waktu yang mengeset waktu menyambung (t_r) dan waktu memutus (t_f). Sementara itu, impedansi source bertindak sebagai umpanbalik negatif pada sinyal gate yang berdampak mengurangi penguatan efektif FET, dan membuat kerjanya lambat karena menaikkan tr dan tf-nya.

Struktur sel yang tertutup diberlakukan pada MOSFET yang paling konvensional dengan cara menghubungkan gate dari seluruh sel pada die menggunakan poly-silicon. Sifat resistansi tinggi yang dimiliki bahan poly-silicon tersebut menghasilkan nilai yang besar untuk R_g. Sebaliknya, struktur Power MOS V tipe open-cell pada piranti produksi APT yang melapiskan metal pada gate poly-silicon berdampak mengurangi resistansi gate secara signifikan, juga mengurangi waktu penyakelarannya.

Para perancang di IR juga melakukan usaha untuk memacu power FET yang muncul dengan low-gate-charge power MOSFET. Seperti APT, mereka menekan nilai resistansi dan induktansi rangkaian gate parasitic eksternal, bersama-sama dengan kapasitansi masukan FET yang cenderung untuk membatasi kecepatan penyakelaran. Parasitic ini dapat menimbulkan goncangan (ringing) rangkaian yang berlebihan dan bahkan osilasi terutama ketika melewati daerah operasi linier. Harap diingat bahwa ketika penyakelaran berada di antara kondisi memutus dan menyambung, setiap saklar semikonduktor selalu melalui daerah linier.

IGBT tradisional memang berbasis pada teknik punchthrough yang memiliki rugi-rugi penyakelaran yang tinggi, dan menghasilkan kecepatan yang lebih rendah. Selain itu tegangan kerjanya yang paling tinggi cuma masuk kategori kelas menengah. Kondisi ini akan menjadi lebih buruk jika tegangan dadalnya dinaikkan. Masalahnya adalah waktu hidup elektron-elektron dan hole-hole dalam daerah aliran muatan (drift) pada IGBT menyebabkan rugi penyakelaran yang tinggi maupun arus bocor.

Beberapa pabrik telah menerapkan iradiasi elektron dosis tinggi untuk meningkatkan pembunuhan waktu hidup pembawa muatan sembari meminimumkan ekor arus dan rugi energi penyakelaran. Sementara, pabrik lain mengadopsi metode non-punchthrough untuk menjangkau kecepatan yang lebih tinggi dan nilai tegangan kolektor-emitor saat menyambung (V_CE(_sat)) yang lebih rendah. Namun demikian efisiensi masih merupakan suatu masalah. Beberapa usaha sedang dilakukan untuk mengurangi rugi penyakelaran pada IGBT non-punchtrough.

Iradiasi dosis tinggi sebenarnya menambah biaya karena memerlukan langkah-langkah pemrosesan tertentu. Di samping itu, iradiasi merupakan proses yang tidak bisa dilakukan secara cermat (teliti) yang membahayakan struktur lattice pada piranti yang bersangkutan dan menghasilkan variasi parameter yang lebar. Dan hal ini akan menurunkan karakteristik VCE IGBT.

Beberapa tahun yang lalu, para perancang di Siemens menghadirkan IGBT non-punchthrough yang menggunakan teknik pensubstitusian difusi tipe p yang mendalam pada lapisan epitaksi yang tebal. Lapisan epitaksi ini berfungsi agar piranti tahan terhadap tegangan, yang kebanyakan diperuntukkan pada semikonduktor tegangan tinggi. Namun demikian kondisi ini juga menyebabkan munculnya resistansi kondisi menyambung yang signifikan ; dan untuk IGBT, drop tegangan majunya juga akan naik. Lebih jauh lagi, penggunaan lapisan epitaksi akan membuat harga piranti menjadi mahal, kerjanya lambat dan kesulitan untuk mengukur maupun mengendalikan proses pembuatannya secara seragam, karena ia tidak dikontrol dengan teknik litografi.

Baru-baru ini Motorola bergerak ke apa yang mereka sebut "float zone process". Ini merupakan teknologi non-punchthrough versi Motorola, dan diterapkan secara ketat untuk IGBT 1200 volt. Teknologi baru ini berhasil menaikkan laju penyakelaran pada piranti-piranti 1200 volt maupun mengurangi biaya fabrikasi.

Kini banyak pabrik semikonduktor mengetahui bahwa IGBT telah mendominasi aplikasi seperti dalam pengendalian motor-motor ac besar, yang derau audio bukan merupakan suatu masalah, sehingga laju penyakelaran dapat menjadi sangat jauh di bawah 20kHz. Namun demikian, mereka juga tahu bahwa pasar untuk switching regulator jenis off-line (bekerja pada frekuensi tinggi) jauh lebih besar daripada yang untuk kendali motor. Oleh sebab itulah IR menempuh dua prosedur yang saling berbeda untuk memperbaiki kinerja penyakelar daya tegangan tinggi bagi piranti yang diproduksinya dalam rangka memenuhi tuntutan pasar.

Untuk piranti yang bekerja pada frekuensi tinggi, IR mengembangkan WARP-speed IGBT, yakni IGBT seri Warp 400 dan 600 volt yang memiliki kecepatan penyakelaran sampai 150kHz pada rating arus dari 5 sampai 50 ampere. Perusahaan lain, IXYS Corp. telah mengklaim kemampuan kecepatan penyakelaran 100 kHz pada IGBT hiperFast 600 volt yang diproduksinya. Sementara itu Harris Semiconductor, memunculkan seri penyakelar ultra cepat 600-volt dengan laju di atas 50 kHz. Target tim pengembang di Harris adalah melampaui kecepatan 100 kHz dengan kemampuan arus yang lebih besar, serta rugi konduksi dan rugi penyakelaran yang lebih rendah.

Dalam aktualisasinya, rugi konduksi pada IGBT tipe cepat adalah sedikit lebih besar daripada MOSFET yang berkemampuan setara, tetapi harga IGBT yang diproduksi kini secara signifikan lebih rendah. Hal ini disebabkan die untuk IGBT 400-600 volt dapat dilakukan pada luasan sekitar 40% saja dari ukuran pada die yang dibutuhkan untuk membuat MOSFET yang berkemampuan setara.

Selain mengembangkan IGBT, IXYS yang berlokasi di Santa Clara, California kini juga membuat piranti yang mereka beri nama biMOSFET. BiMOSFET ini, yang merupakan IGBT basis homogen, strukturnya memiliki empat terminal; dua buah terminal gate, sebuah terminal emitor dan sebuah terminal kolektor. Ia dapat digunakan sebagai penyakelar daya 600 volt, yang bekerja pada frekuensi di antara 8kHz dan 60 kHz. Dari hasil pengujian, ternyata beberapa parameternya dapat melampaui IGBT dan MOSFET yang setara. BiMOSFET yang pertama dibuat, mereka beri nama IXBH40N160, ratingnya pada 1600 volt 40 ampere. Perbandingan parameternya dengan MOSFET maupun IGBT dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 5. Parameter BiMOSFET, IGBT dan MOSFET Produk IXYS Yang dibuat pada ukuran die sama (7,11 x 8,64 mm)

Parameter	BIMOSFET (IXBH 40N160)	IGBT (IXSH 35N120A)	MOSFET (IXFH 12N100)
Parameter dc:
BVDSS @ 3 mA	1600 V	1200 V	1000 V
Tegangan ambang VGE @ 4 mA	5-9 V	4-8 V	2-4,5 V
Tegangan jenuh VCE(sat) @ I (125 º C)	7 V @ 25A	4 V @ 35A	13,9V @ 6A
CISS (25V)	3275 pF	3750 pF	4000 pF
COES (25V)	210 pF	235 Pf	310 pF
CRES (25V)	28 pF	60 pF	70 pF
Qg muatan Gate	121 nC	150 nC	122 nC
Ic (Arus Puncak)	110 A	170 A	48 A
Penyakelaran : (Tj = 1250 C)
Waktu tanjak	195 ns	150 ns	33 ns
(Rg = 22 ohm)	240 ns	1100 ns	32 ns
Egoff / A (960 V)	0,12mJ/A	0,26mJ/A	0,04mJ/A

Di kawasan Asia, para ilmuwan di Samsung (Samsung Electronics Buchun, Korea) juga tidak mau ketinggalan dalam mengembangkan IGBT. Kini Samsung telah mampu memasarkan hasil produksinya, yakni IGBT seri SGH yang mampu memenuhi karakteristik penyakelaran seperti halnya pada power MOSFET, namun dengan kemampuan tegangan yang lebih tinggi, demikian juga halnya dengan dayanya. Samsung memiliki target untuk menciptakan IGBT dengan tegangan dadal diatas 100 volt yang tidak tanggung-tanggung, yakni 1200 volt, dengan kemampuan arus sampai 25 ampere.

Samsung memang bertekad untuk menerobos pasar UPS, penguat daya, dan power suplai tegangan dan daya besar melalui IGBT produk barunya yang berkecepatan tinggi dan bertegangan tinggi, dan terus-menerus memperbaiki efisiensi sistem secara keseluruhan maupun kemampuan dayanya dengan sasaran biaya dollar per watt yang lebih rendah.

Untuk mengatasi kekurangan IGBT punchthrough tradisional seperti telah disebutkan di atas, sambil melakukan perbaikan sifat-sifat penyakelaran pada aras tegangan 1000 volt atau lebih, para ilmuwan di Samsung mengembangkan suatu perbaikan terhadap material awal yang berbasis pada proses baru yang disebut SDB (silicon direct bonding). Hasilnya adalah perbaikan parameter dalam hal rugi penyakelaran yang berhasil dikurangi dan kecepatan penyakelaran yang juga berhasil dinaikkan untuk IGBT punchthrough tegangan tinggi.

Pemasaran awal produk Samsung dalam keluarga SGH (IGBT kanal n) terdiri dari lima kategori, merentang dari arus 5 sampai 25 ampere dalam selang 5 ampere dengan kecepatan penyakelaran sampai 150 kHz, dan tegangan jenuh (saat menyambung) kolektor-emitor sebesar 2,4 volt. Semua IGBT ultra cepat 1200 volt muncul dalam kemasan populer 30-3P plastik. Kategori yang 5 ampere adalah SGH5N120RU, dan yang 25 ampere adalah SGH25N120RUF.

Pengurangan tegangan drop secara signifikan telah mengurangi rugi konduksi pada piranti 1200 volt yang mereka buat. Rugi penyakelaran yang lebih lambat pada gilirannya akan berdampak pada efisiensi keseluruhan pada transistornya dan efisiensi sistem di tempat ia digunakan. Waktu tunda putus (turn-off) dan menyambung (turn-on) untuk versi 10 ampere umumnya berturut-turut adalah 15 dan 80 nanodetik. Waktu jatuh saat memutus (t_f) dengan beban induktif adalah 100 nanodetik. Sedangkan rugi-rugi penyakelaran saat memutus dan menyambungnya berturut-turut adalah 0,3milijoule dan 0,5milijoule, yang menghasilkan rugi total sekitar 0,8milijoule.

Walaupun karakteristik ini berlaku pada temperatur 25^oC, namun para perancang di Samsung berpendapat tidak ada kenaikan rugi-rugi pada temperatur yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan oleh sifat yang dibawa pada proses SDB. Namun demikian, rentang temperatur operasi spesifik untuk IGBT Samsung yang baru, memiliki rentang -55 sampai +175^oC.

Samsung sedang merencanakan untuk menawarkan IGBT ini dalam modul-modul arus tinggi yang dikonfigurasi dalam bentuk rangkaian-rangkaian setengah jembatan dan jembatan penuh untuk pengendali motor-motor dan aplikasi-aplikasi industri yang lainnya. Perusahaan ini juga sedang merencanakan migrasi yang arahnya turun ke 1000 volt dan 600 volt dengan proses SDB yang baru. Ini merupakan rencana jangka panjang, juga termasuk pula rencana pengembangan IGBT yang bertegangan kerja 1500 volt dan tegangan dadal lebih tinggi lagi.