淺談功率半導(dǎo)體的技術(shù)與未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展（一）

功率半導(dǎo)體作為一種重要的元器件，在強電與弱點之間的轉(zhuǎn)換控制中起著十分重要的作用，自誕生以來一直備受工程師的喜愛和關(guān)注。經(jīng)過了很長一段時間的發(fā)展，功率半導(dǎo)體在相關(guān)電源電路中的應(yīng)用已經(jīng)不可替代。尤其是在當(dāng)前太陽能著力發(fā)展的時代，功率半導(dǎo)體更是大踏步向前，雖然目前有著氮化鎵與碳化硅等更好的材料，但由于價格以及相關(guān)因素的緣故，功率半導(dǎo)體器件在相當(dāng)長一段時期內(nèi)會起著重要的作用，下面我們就功率半導(dǎo)體的技術(shù)以及未來的技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，希望能給大家提供必要的幫助。

　　一、功率半導(dǎo)體的重要性

　　功率半導(dǎo)體器件是進(jìn)行電能（功率）處理的半導(dǎo)體產(chǎn)品，是弱電控制與強電運行間的橋梁。

　　在可預(yù)見的將來，電能將一直是人類消耗的最大能源。從手機(jī)、電視、洗衣機(jī)、到高速列車，均離不開電能。無論是水電、核電、火電還是風(fēng)電，甚至各種電池提供的化學(xué)電能，大部分均無法直接使用，75%以上的電能應(yīng)用需由功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行功率變換以后才能供設(shè)備使用。

　　每個電子產(chǎn)品均離不開功率半導(dǎo)體技術(shù)。功率半導(dǎo)體的目的是使電能更高效、更節(jié)能、更環(huán)保并給使用者提供更多方便。如通過變頻來調(diào)速，使變頻空調(diào)在節(jié)能50-70%的同時，更環(huán)保、更安靜、讓人更舒適。人們希望便攜式電子產(chǎn)品一次充電后有更長的使用時間，在電池沒有革命性進(jìn)步以前，需要更高性能的功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行高效的電源管理。正是由于功率半導(dǎo)體能將“粗電”變?yōu)椤熬姟?，因此它是?jié)能減排的基礎(chǔ)技術(shù)和核心技術(shù)。

　　隨著綠色環(huán)保在國際間的確立與推進(jìn)，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的工業(yè)控制和4C產(chǎn)業(yè)（計算機(jī)、通信、消費類電子產(chǎn)品和汽車），擴(kuò)展到新能源（風(fēng)電、太陽能）、軌道交通、智能電網(wǎng)等新領(lǐng)域。據(jù)國際市場調(diào)研機(jī)構(gòu)HISISuppliResearch報告，2011年全球功率半導(dǎo)體市場在2010年大增37.8%以后，繼續(xù)增長6.7%，達(dá)到331億美元。中國是全球功率半導(dǎo)體的最大市場，占據(jù)了超過全球50%以上的份額。

　　與微處理器、存儲器等數(shù)字集成半導(dǎo)體相比，功率半導(dǎo)體的產(chǎn)品壽命周期相對較長，可為幾年甚至十幾年；同時功率半導(dǎo)體不追求特征尺寸的快速縮小，不要求最先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)線成本遠(yuǎn)低于Moore定律制約下的超大規(guī)模集成電路。因此，功率半導(dǎo)體非常適合我國的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀以及我國能源緊張和構(gòu)建和諧社會的國情。

　　二、功率半導(dǎo)體的定義與分類

　　功率半導(dǎo)體（PowerSemiconductor，PowerManagementSemiconductor）器件可定義為進(jìn)行功率處理的半導(dǎo)體器件。典型的功率處理功能包括變頻、變壓、變流、功率放大和功率管理等。

　　功率半導(dǎo)體器件包括功率二極管、功率開關(guān)器件與功率集成電路，前兩者也稱為功率（分立）器件。國內(nèi)常常將功率（分立）器件稱為電力電子器件，這是因為早期的功率半導(dǎo)體器件如大功率二極管、晶閘管等主要應(yīng)用于工業(yè)和電力系統(tǒng)領(lǐng)域。

　　圖1給出了功率半導(dǎo)體器件的分類。功率半導(dǎo)體器件包括功率（分立）器件（PowerDiscreteDevices）和功率集成電路。功率（分立）器件由功率二極管（PowerRectifiers和PowerDiodes）、功率晶體管（PowerTransistors）和晶閘管類器件（Thyristors）組成，其中常見的功率晶體管包括以VDMOS（VerticalDouble-DiffusionMOSFET）為代表的功率MOS器件（PowerMOSFETs）、絕緣柵雙極晶體管IGBT（InsulatedGateBipolarTransistors）和功率雙極晶體管（PowerBipolarTransistors或PowerBJT：PowerBipolarJunctionTransistors）。功率晶體管和晶閘管又可統(tǒng)稱為功率開關(guān)器件（PowerSwitches）。

　　功率集成電路（PIC：PowerIC）在國際上又常被稱為智能功率集成電路（SPIC：SmartPowerIC，國內(nèi)又有人稱之為靈巧功率集成電路）或高壓集成電路（HVIC：HighVoltageIC），在本文中，我們將電源管理集成電路（PowerManagementIC）也納入PIC的范疇。

　　二十世紀(jì)八十年代之前的功率半導(dǎo)體器件主要是功率二極管、可控硅整流器（SCR）和功率BJT。除功率BJT中部分功率不大的晶體管可工作至微波波段外，其余的功率半導(dǎo)體器件都是低