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關于功率半導體

       常常有人將功率器件和功率半導體混為一談,其實功率半導體包括兩部分:功率器件和功率IC,其中功率器件是功率半導體分立器件的簡稱,而功率IC則是將功率半導體分立器件與驅動/控制/保護/接口/監測等外圍電路集成而來。


關于功率半導體(圖1)


        所有的功率半導體器件都具有處理高電壓、大電流的能力,主要用于有大功率處理需求的電力設備的電能變換和控制電路方面,比如:變頻、變壓、變流、功率管理,電壓處理范圍從幾十V到幾千V,電流能力最高可達幾千A。


        早期的功率半導體是以分立器件的形式出現的,20世紀50年代,功率二極管、功率三極管面世并主要用于工業和電力系統,因此當年的功率半導體又被稱為電力電子器件。20世紀60至70年代,晶閘管等半導體功率器件快速發展。20世紀70年代末,平面型功率MOSFET發展起來。20世紀80年代后期,溝槽型功率MOSFET和IGBT逐步面世,此時二極管和晶閘管技術越來越成熟,附加值逐漸變低,國際大廠產能開始向以功率MOSFET、IGBT為代表的功率半導體器件迅速轉移,功率半導體正式進入電子應用時代。


        截至目前,MOSFET和IGBT都還是最主要、價值含量最高、技術壁壘較高的功率器件。但近年來,不斷有機構預估以SiC、GaN為代表的第三代半導體材料將站上未來功率半導體主流舞臺。


        目前Si材料在半導體行業中占據95%以上半導體器件和99%集成電路的體量,仍占主流。然而,隨著5G時代的到來,工業4.0和汽車電動化的繼續推進,對功率器件在開關頻率、散熱、抗壓性能等方面都提出了新的挑戰和要求,傳統Si功率器件瓶頸凸顯。


        德州儀器高壓電源應用產品業務部氮化鎵功率器件產品線經理Steve Tom告訴與非網,“與現有Si器件,比如MOSFET或IGBT相比,GaN和SiC由于不同的物理特性,是具備更好開關性能的新型半導體材料。具體而言,GaN具有低得多的輸入和輸出電容以及顯著降低功耗的零反向恢復電荷。市場上要求更高效率和功率密度的應用正以極快的速度向GaN產品過渡。

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