【基础知识】功率半导体器件的简介

2019-2-26 17:04:37 10493 功率半导体

0 功率半导体器件概述功率半导体器件基本概念功率半导体器件（Power Semiconductor Device）又称电力电子器件（Power Electronic Device）。 1940年贝尔实验室在研究雷达探测整流器时，发现硅存在PN结效应，1958年美国通用电气（GE）公司研发出世界上第一个工业用普通晶闸管，标志着电力电子技术的诞生。从此功率半导体器件的研制及应用得到了飞速发展，并快速成长为电子制造业的核心器件之一，还独立成为电子电力学科。作为制造业大国，功率半导体器件在中国大陆的工业、消费、军事等领域都有着广泛应用，具有很高的战略地位。功率半导体器件分类从发展历程看，功率半导体器件先后经历了：全盛于六七十年代的传统晶闸管、近二十年发展起来的功率MOSFET及其相关器件，以及由前两类器件发展起来的特大功率半导体器件，它们分别代表了不同时期功率半导体器件的技术发展进程。概括来说，功率半导体器件主要有功率模组、功率集成电路（即Power IC，简写为PIC，又称为功率IC）和分立器件三大类；其中，功率模组是将多个分立功率半导体器件进行模块化封装；功率IC对应将分立功率半导体器件与驱动/控制/保护/接口/监测等外围电路集成；而分立功率半导体器件则是功率模块与功率IC的关键。图表1 功率半导体器件分类（来源：中泰证券研究所）功率半导体器件又可根据对电路信号的可控程度分为全控型、半控型及不可控型；或按驱动电路信号性质分为电压驱动型、电流驱动型等划分类别。常用到的功率半导体器件有Power Diode（功率二极管）、SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（大功率电力晶体管）、BJT（双极晶体管）、MOSFET（电力场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极晶体管）、SIT（静电感应晶体管）、BSIT（双极型静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MCT（MOS控制晶闸管）、IGCT（集成门极换流晶闸管）、IEGT（电子注入增强栅晶体管）、IPEM（集成电力电子模块）、PEBB（电力电子积木）等。图表2 功率半导体器件分类方式及代表类型（来源：电力电子技术馆）不同功率半导体器件，其承受电压、电流容量、阻抗能力、体积大小等特性也会不同，实际使用中，需要根据不同领域、不同需求来选用合适的器件。图表3 功率半导体器件比较（来源：中信证券研究部）随着技术的不断进步，功率半导体器件在不断演进。自上世纪80年代起，功率半导体器件MOSFET、IGBT和功率集成电路逐步成为了主流应用类型。其中IGBT经历了器件纵向结构、栅极结构以及硅片加工工艺等7次技术演进，目前可承受电压能力从第四代的3000V跃升到了第七代的6500V，并且实现了高频化（10-100kHz）应用。功率半导体器件主要应用领域作为电能/功率处理的核心器件，功率半导体器件主要用于电力设备的电能变换和电路控制，更是弱电控制与强电运行之间的沟通桥梁，主要作用是变频、变压、变流、功率放大和功率管理，对设备正常运行起到关键作用。与此同时，功率半导体器件还具有绿色节能功能，被广泛应用于几乎所有的电子制造业，目前正从传统工业制造和4C产业向新能源、电力机车、智能电网等领域发展。另外，不同的细分领域，对功率半导体器件的电压承受能力要求也不一样，以IGBT为例，消费电子电压一般在600V以下，太阳能逆变器及新能源汽车要求在600V-1200V，而轨道交通要求最高，范围在3300V-6500V之间。图表4 功率半导体器件的应用及工作频率（来源：Applied Materials）注：IPM即智能功率模块，常见类型有IGBT类本文来源：来源：宽禁带半导体技术创新联盟 4
举报淘帖0 只看该作者相关推荐 • 什么是基于SiC和GaN的功率半导体器件？ 9495 • 半导体功率器件的分类 4465 • 半导体C-V测量基础知识，总结的太棒了 3932 • 半导体基础知识 3814 • DAQ基础知识简介 2902 • 半导体基础知识与晶体管工艺原理 2623 • 半导体元件基础知识及其应用电路 64231 • 半导体物理基础知识pdf 56957 • 功率半导体器件应用手册 8898 • 功率半导体器件应用基础 5461 1条评论发表评论只看该作者

王栋春 · 2019-2-26 21:05:12 沙发现在连智能IPM都出现了

赞 1 回复举报赵师傅 2019-2-27 09:09 嗯，科技进步很快！盛似摩尔定律~ 赞回复举报