不常見的半導體功率器件有哪些

1940年貝爾實驗室在研究雷達探測整流器時，發(fā)現(xiàn)硅存在PN結(jié)效應(yīng)，1958年美國通用電氣（GE）公司研發(fā)出世界上第一個工業(yè)用普通晶閘管，標志著電力電子技術(shù)的誕生。

近年來，萬物互聯(lián)的呼聲越來越高，幾乎全行業(yè)的電子化發(fā)展都與功率半導體器件掛鉤，大大增加了對功率半導體器件的需求。根據(jù)功能和使用場景的不同，功率器件自然就分為了常見的和不常見的類型，上次我們列舉了常見的功率器件，這次我們再來聊一聊不常見的功率器件有哪些。

1.新型GTO器件-集成門極換流晶閘管

當前已有兩種常規(guī)GTO的替代品：高功率的IGBT模塊、新型GTO派生器件-集成門極換流IGCT晶閘管。IGCT晶閘管是一種新型的大功率器件，與常規(guī)GTO晶閘管相比，它具有許多優(yōu)良的特性，例如，不用緩沖電路能實現(xiàn)可靠關(guān)斷、存貯時間短、開通能力強、關(guān)斷門極電荷少和應(yīng)用系統(tǒng)（包括所有器件和外圍部件如陽極電抗器和緩沖電容器等）總的功率損耗低等。

2.脈沖功率閉合開關(guān)晶閘管

該器件特別適用于傳送極強的峰值功率（數(shù)MW）、極短的持續(xù)時間（數(shù)ns）的放電閉合開關(guān)應(yīng)用場合，如：激光器、高強度照明、放電點火、電磁發(fā)射器和雷達調(diào)制器等。該器件能在數(shù)kV的高壓下快速開通，不需要放電電極，具有很長的使用壽命，體積小、價格比較低，可望取代目前尚在應(yīng)用的高壓離子閘流管、引燃管、火花間隙開關(guān)或真空開關(guān)等。

該器件獨特的結(jié)構(gòu)和工藝特點是：門-陰極周界很長并形成高度交織的結(jié)構(gòu)，門極面積占芯片總面積的90%，而陰極面積僅占10%；基區(qū)空穴-電子壽命很長，門-陰極之間的水平距離小于一個擴散長度。上述兩個結(jié)構(gòu)特點確保了該器件在開通瞬間，陰極面積能得到100%的應(yīng)用。此外，該器件的陰極電極采用較厚的金屬層，可承受瞬時峰值電流。

3.電力電子器件（PowerElectronicDevice）

電力電子器件（PowerElectronicDevice），又稱為功率半導體器件，用于電能變換和電能控制電路中的大功率（通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安，電壓為數(shù)百伏以上）電子器件。可以分為半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶閘管為半控型器件，承受電壓和電流容量在所有器件中最高；電力二極管為不可控器件，結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠；還可以分為電壓驅(qū)動型器件和電流驅(qū)動型器件，其中GTO、GTR為電流驅(qū)動型器件，IGBT、電力MOSFET為電壓驅(qū)動型器件。

4.MOS門極控晶閘管

MOS門極控制晶閘管充分地利用晶閘管良好的通態(tài)特性、優(yōu)良的開通和關(guān)斷特性，可望具有優(yōu)良的自關(guān)斷動態(tài)特性、非常低的通態(tài)電壓降和耐高壓，成為將來在電力裝置和電力系統(tǒng)中有發(fā)展前途的高壓大功率器件。目前世界上有十幾家公司在積極開展對MCT的研究。MOS門控晶閘管主要有三種結(jié)構(gòu)：MOS場控晶閘管（MCT）、基極電阻控制晶閘管（BRT）及射極開關(guān)晶閘管（EST）。其中EST可能是MOS門控晶閘管中最有希望的一種結(jié)構(gòu)。但是，這種器件要真正成為商業(yè)化的實用器件，達到取代GTO的水平，還需要相當長的一段時間。

5.砷化鎵二極管

隨著變換器開關(guān)頻率的不斷提高，對快恢復(fù)二極管的要求也隨之提高。眾所周知，具有比硅二極管優(yōu)越的高頻開關(guān)特性，但是由于工藝技術(shù)等方面的原因，砷化鎵二極管的耐壓較低，實際應(yīng)用受到局限。為適應(yīng)高壓、高速、高效率和低EMI應(yīng)用需要，高壓砷化鎵高頻整流二極管已在Motorola公司研制成功。與硅快恢復(fù)二極管相比，這種新型二極管的顯著特點是：反向漏電流隨溫度變化小、開關(guān)損耗低、反向恢復(fù)特性好。

目前全球的功率半導體器件主要由歐洲、美國、日本三個國家和地區(qū)提供，憑借他們先進的技術(shù)和生產(chǎn)制造工藝，以及領(lǐng)先的品質(zhì)管理體系，大約占據(jù)了全球70％的市場份額。而中國在國家多項科研計劃的扶持下，已經(jīng)大幅縮小了與國際的技術(shù)差距，并取得了不少成就。功率半導體是很多應(yīng)用領(lǐng)域不可或缺的上游器件，未來還將伴隨著產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)實現(xiàn)科技和經(jīng)濟的快速增長。

審核編輯：湯梓紅