据英国查询公司Omdia的数据显现，2020年国际功率半导体市场规模约合145亿美元，估计到2024年将增至约173亿美元，同比增加约19％。

  跟着第三代半导体的兴起，功率半导体已经成为新风口，关于功率半导体分立器材的基础知识确认不了解一下吗？

  作为电子体系中的最根本单元，功率半导体器材在包含轿车电子、消费电子、网络通信、电子设备、航空航天、武器装备、仪器仪表、工业自动化、医疗电子等各行业都起着至关重要的作用，被誉为“节能的幕后英雄”。

  功率半导体器材（Power Electronic Device）又称为电力电子器材和功率电子器材，是指可直接用于处理电能的主电路中，完结电能的改换或操控的电子器材，其作用首要分为功率转化、功率扩大、功率开关、线路维护和整流等。

  功率半导体大致可分为功率半导体分立器材（Power Discrete，包含功率模块）和功率半导体集成电路（Power IC）两大类，在半导体工业中的结构联系如图1所示。其间，功率半导体分立器材是指被规则完结某种根本功用，而且本身在功用上不能再细分的半导体器材。

  1957年美国通用电气公司（GE）研制出国际上第一只工业用一般晶闸管(Thyristor)，标志了功率半导体分立器材的诞生。功率半导体分立器材的开展阅历了以晶闸管为中心的第一阶段、以MOSFET和IGBT为代表的第二阶段，现在正在进入以宽禁带半导体器材为中心的新开展阶段。

  ❖ 依照器材结构，分为二极管、功率晶体管、晶闸管等，其间功率晶体管分为双极性结型晶体管（BJT）、结型场效应晶体管（JFET）、金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）等。

  ❖ 依照功率处理才能，分为低压小功率半导体分立器材、中功率半导体分立器材、大功率半导体分立器材和高压特大功率半导体分立器材。

  ❖ 依照驱动电路加在器材操控端和公共端之间信号的性质， (除功率二极管外)可分为电流驱动型与电压驱动型。

  不能经过操控信号来操控其通断的功率半导体分立器材，代表器材为功率二极管；

  经过操控信号能够操控其导通而不能操控其关断的功率半导体分立器材，代表器材为晶闸管及其大部分派生器材；

  经过操控信号既能够操控其导通，又能够操控其关断的功率半导体分立器材，代表器材有绝缘栅双极晶体管、功率场效应晶体管、门极可关断晶闸管等；

  ❖ 依照器材内部电子和空穴两种载流子参加导电的状况，可分为单极型器材、双极型器材和复合型器材。

  ❖ 依照功率半导体器材衬底资料的不同，现有的功率半导体分立器材的资料可分为三代：

  功率半导体分立器材的使用非常广泛，简直覆盖了一切的电子制造业，传统使用领域包含消费电子、网络通信、工业电机等。近年来，新能源轿车及充电体系、轨道交通、智能电网、新能源发电、航空航天及武器装备等也逐步成为了功率半导体分立器材的新式使用领域。

  ❖ 消费电子：用于各种电子设备的电源及充电体系、功率半导体照明电源、家用电器变频器等。

  ❖ 工业电机：工业中需很多使用交直流电机，为其供电的可控整流电源或直流斩波电源、电机的变频驱动体系的中心器材。

  ❖ 轿车电子及充电体系：传统轿车的电源、照明等体系；新能源轿车的充电桩(器)、变流器、逆变器等使用。

  ❖ 轨道交通：直流机车中的整流设备，沟通机车中的变频设备，高铁、动车、磁悬浮列车等轨道交通的直流斩波器，新能源轿车的电力改换体系、驱动操控体系与电池充电体系，以及各种车辆、飞机、船只中的电源体系。

  ❖ 智能电网：智能电网电力传输中的直流输电、柔流输电、无功补偿技能、谐波按捺技能以及避免电网瞬时停电、瞬时电压下跌、闪变等进步供电质量的技能。

  ❖ 新能源发电：光伏逆变、风力发电、太阳能发电、地热能发电、生物能和燃料电池发电体系中的逆变器、变流器等设备中。

  ❖ 航空航天：第三代半导体器材超强的抗辐照才能，在航空航天方面有着肯定的使用优势。

  功率半导体分立器材的首要工艺流程包含：在硅圆片上加工芯片（首要流程为薄膜制造、曝光和刻蚀），进行芯片封装，对加工结束的芯片进行技能性能指标测验，其间首要生产工艺有外延工艺、光刻工艺、刻蚀工艺、离子注入工艺和分散工艺等。

  ❖ 外延工艺技能关于Si功率半导体器材，外延工艺是依据不同硅源（SiH2CL2、SiHCL3、SiCL4），在1100-1180°C温度下在硅片外表再长一层或多层本征（不掺杂）、N型（掺PH3）或P型（掺B2H6）的单晶硅，而且，要将硅层的厚度和电阻率、厚度和电阻率的均匀性、外表的缺陷操控在答应范围内。

  关于SiC功率半导体器材，成长出低缺陷密度的单晶非常困难，因SiC衬底晶体成长需在2300°C的温度下进行，需在H2维护气氛下，用SiH4和CH4或C3H8作为反响气体，其成长速率一般每小时只要几微米，且仍存在SiC衬底中的晶体缺陷扩展到外延层的问题，因此SiC晶片本钱特别是高质量大面积的SiC晶片本钱远高于Si晶片。

  ❖ 光刻工艺技能光刻工艺是将掩膜（光刻板）图形转移到衬底外表的光刻胶上构成产品所需求图形的工艺技能，光刻机的精度一般是指光刻时所得到的光刻图形的最小尺度。分辨率越高,就能得到越细的线条，集成度也越高。

  ❖ 刻蚀工艺技能刻蚀是用物理或化学的办法有挑选地从硅片外表去除不需求的资料的进程，刻蚀的根本作用是精确地仿制掩膜图形，以确保生产线中各种工艺正常进行。包含湿法刻蚀、干法刻蚀及等离子增强反响离子刻蚀、电子回旋共振刻蚀（ECR）、感应耦合等离子体刻蚀（ICP）等其他先进蚀刻技能。

  ❖ 离子注入工艺技能离子注入是经过高技能设备将器材需求的掺杂元素注入到硅片中。

  ❖ 分散工艺技能半导体掺杂工艺的首要意图在于操控半导体中特定区域内杂质的类型、浓度、深度和PN结。分散技能是完结这一意图的简略而便利的途径。

  PIN二极管：大大都功率二极管首要是依托PN结的单向导电原理作业的，具有极低的通态电阻，称为PIN二极管。从使用的视点，PIN二极管能够分红整流二极管与快康复二极管。

  肖特基二极管：肖特基二极管是单极器材，使用金属与半导体触摸构成的金属-半导体结作为肖特基势垒，以发生整流的作用，在中、高级功率领域中使用广泛。

  ❖ 晶闸管晶闸管一般称为可控硅，是一种半控整流器材，体积小、无加热灯丝、寿命长、可靠性高、价格便宜，多使用在电机驱动操控、高压直流输电(HVDC)、动态无功功率补偿、超大电流电解等场合。

  ❖ 晶体管晶体管是能够供给电功率扩大并具有三个或更多电极的一种半导体器材。

  依照首要用途，分为两大类：开关管和扩大管。开关管作业在截止区和饱满区，多用于数字电路，完结逻辑功用；扩大管一般作业在线性区邻近，使用于模仿电路，完结信号或功率扩大。

  依照首要工艺，分为双极晶体管和场效应晶体管。双极晶体管归于流控器材，呼应速度快，驱动才能强；场效应管归于压控器材，输入阻抗高，功率耗费相对较低。

  双极晶体管是至少具有两个结，其功用依赖于大都载流子和少量载流子的一种晶体管。

  场效应晶体管是其流过导电沟道的电流受施加在栅源引出端间的电压发生的电场所操控的一种晶体管。场效应晶体管首要能够分为：结栅场效应晶体管(JFET)，金属-半导体场效应晶体管(MESFET)和金属—绝缘体—半导体场效应晶体管(MISFET)。

  绝缘栅双极型晶体管(IGBT)绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的功率半导体分立器材，它的操控极为绝缘栅场效应晶体管，输出极为双极型功率晶体管，因此兼有两者速度和驱动才能的长处，克服了两者的缺陷。现在耐压达5kV乃至更高，电流达1.2kA。

  ❖ 功率半导体分立器材模块分立器材功率模块是由两个或两个以上半导体分立器材芯片按必定电路衔接并装置在陶瓷基覆铜板(DCB)上，用弹性硅凝胶等维护资料密封在一个绝缘外壳内或选用塑料封装，完结半导体分立器材功用的模块。首要使用于高压大电流场合，如智能电网、高铁/动车组等。

  GaN功率半导体器材包含GaNHEMT根据GaN半导体资料制造的高电子迁移率晶体管，GaN二极管。