车规级功率半导体的技术及应用前景

车规级功率半导体的技术及应用前景

功率半导体技术及应用

近期，半导体芯片领域非常热闹。芯片是工业的“粮食”，是支持整个社会发展和经济发展的基础性核心产业，是国民经济的命脉。功率半导体作为能源物联网的“CPU”，是弱电控制与强电运行的桥梁，能够实现能源的传输、转换与控制。功率半导体具有独特的结构、机理和制造工艺，融合了越来越多的微电子制造工艺，与我们日常生活碰到的集成电路芯片有所差别。

1. 功率半导体材料技术演变

功率半导体器件离不开材料的支撑。半导体材料从40年代起到现在，主要经历了三代：第一代是元素半导体，主要材料为锗（Ge）、硅（Si）；第二代是化合物半导体，主要材料为砷化镓（GaAs）、硫化锡（InP）；第三代为宽禁带半导体，主要材料为碳化硅（SiC）、氮化嫁（GaN），其拥有更宽的禁带、更高的临界击穿电场、更高的热导率，因此特别适合高压、高温和高频应用。第二代化合物半导体主要用在微波射频方面，大功率半导体用的材料主要是第一代和第三代。

2. 功率半导体技术演变

功率半导体器件自40年代在美国发明以来，其技术演变也经历了三代：第一代包括锗管、硅二极管和晶闸管，以硅基晶闸管为代表，主要特征是半控性，只能控制导通，不能自主关断；第二代主要以硅材料为主，包括MOSFET、GTO、IGBT和IGCT，最主要特点是不仅可以控制开通，而且有自主关断能力，可以实现自由开关，且频率更高；第三代半导体，以宽禁带材料为主，包括SiC、GaN材料等，SiC材料和器件虽然上世纪八十年代就开始有研究，但真正的快速发展还是在2000年以后，目前虽有SiC SBD和MOSFET产品，但技术尚未成熟。

目前主流、使用较多的半导体器件，一是晶闸管，它可以输出较大功率，但频率相对较低，主要用于直流输电和大功率低频电源等；二是IGCT，它是将GTO与门极驱动电路以低感方式集成在一起，这样可以改善关断性能，此器件目前主要用于大功率电机传动，包括船

各种SiC功率器件的研究和开发进入迅速发展时期

各种SiC功率器件的研究和开发进入迅速发展时期 上世纪四五十年代，以硅(Si)和锗(Ge)为代表的第一代半导体材料奠定了微电子产业的基础。经过几十年的发展，硅材料的制备与工艺日臻完美，Si基器件的设计和开发也经过了多次迭代和优化，正在逐渐接近硅材料的极限，Si基器件性能提高的潜力愈来愈小。现代电子技术对半导体材料提出了高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等新要求，而宽带隙第三代半导体材料SiC拥有非常高的击穿场强、卓越的开关性能和良好的热导率，极其适合下一代电源转换应用，如太阳能逆变器、UPS、电动汽车和工业传动等。 SiC功率器件的研发始于1970年代，80年代SiC晶体质量和制造工艺获得大幅改进，随着90年代高品质6H-SiC和4H-SiC外延层生长技术的成功应用，各种SiC功率器件的研究和开发进入迅速发展时期。 SiC是由硅和碳组成的化合物半导体材料，C原子和Si原子不同的结合方式使SiC拥有多种晶格结构，如4H,6H,3C等等。4H-SiC因为其较高的载流子迁移率，能够提供较高的电流密度，常被用来做功率器件。下表是4H-SiC与Si物理特性对比。我们可以清楚地看到4H-SiC禁带宽度为Si的3倍，击穿场强为Si的10倍，漂移率为Si的2倍，热导率为Si 的2.5倍。这些优异的特性是如何带来功率器件的改变呢？我们接下来分三个方面详细地分析一下。 击穿电压与通态电阻 击穿电压是功率器件的一个重要指标。功率开关器件的正向电压承受能力与其漂移区的长度和电阻率有关，而单极功率开关器件的通态电阻又直接决定于漂移区的长度和电阻率，与其制造材料击穿电场强度的立方成反比。因为4H-SiC有10倍于Si的击穿电场强度，因此基于SiC的功率器件允许使用更薄的漂移区来维持更高的阻断电压，从而显著降低了正向压降以及导通损耗。由下图可见，如果要获得5000V的耐压，使用掺杂为2.5e13/cm3的衬底材料，Si基功率器件需要漂移层厚度0.5mm，单位面积电阻为10Ωcm2；SiC MOSFET使用掺杂为2.0e15/cm3的漂移层，需要的厚度仅有0.05mm，单位面积电阻仅为

国际半导体技术发展路线图

国际半导体技术发展路线图 为了回答如何保持半导体产业按照摩尔定律继续发展的问题，国际上主要的半导体协会共同组织制定了国际半导体技术发展路线图 ITRS《International technology roadmap for semiconductors》它为半导体产业界提供了被工业界广泛认同的；对未来十年内研发需求的最佳预测以及可能的解决方案，它对整个半导体茶叶需要开发什么样的技术起到了一个导向作用。 国际半导体技术发展路线图 一、半导体产业生态环境 半导体产业诞生于上世纪70年代，当时主要受两大因素驱动：一是为计算机行业提供更符合成本效益的存储器；二是为满足企业开发具备特定功能的新产品而快速生产的专用集成电路。 到了80年代，系统规范牢牢地掌握在系统集成商手中。存储器件每3年更新一次半导体技术，并随即被逻辑器件制造商采用。 在90年代，逻辑器件集成电路制造商加速引进新技术，以每2年一代的速度更新，紧跟在内存厂商之后。技术进步和产品性能增强之间不寻常的强相关性，使得相当一部分系统性能和利润的控制权转至集成

电路（IC）制造商中。他们利用这种力量的新平衡，使整个半导体行业收入在此期间年均增速达到17%。 21世纪的前十年，半导体行业全新的生态环境已经形成： 一是每2年更新一代的半导体技术，导致集成电路和数以百万计的晶体管得以高效率、低成本地生产，从而在一个芯片上或同一封装中，可以以较低的成本整合极为复杂的系统。此外，封装技术的进步使得我们可以在同一封装中放置多个芯片。这类器件被定义为系统级芯片（system on chip，SOC）和系统级封装（system in package， SIP）。 二是集成电路晶圆代工商能够重新以非常有吸引力的成本提供“新一代专用集成电路”，这催生出一个非常有利可图的行业——集成电路设计。 三是集成电路高端设备的进步带动了相邻技术领域的发展，大大降低了平板显示器、微机电系统传感器、无线电设备和无源器件等设备的成本。在此条件下，系统集成商再次控制了系统设计和产品集成。 四是互联网应用和移动智能终端的崛起，带动了光纤电缆的广泛部署和多种无线技术的发展，实现前所未有的全球移动互联。这个生态系统创造了“物联网”这一新兴的市场，而创新的产品制造商、电信公司、数据和信息分销商以及内容提供商正在争夺该市场的主导权。

功率半导体器件在我国的发展现状

功率半导体器件在我国的发展现状 MOSFET是由P极、N极、G栅极、S源极和D漏级组成。它的导通跟阻断都由电压控制，电流可以双向流过，其优点是开关速度很高，通常在几十纳秒到几百纳秒，开关损耗小，适用于各类开关电源。但它也有缺点，那就是在高压环境下压降很高，随着电压的上升，电阻变大，传导损耗很高。 随着电子电力领域的发展，IGBT出现了。它是由BJT和MOS组成的复合式半导体，兼具二者的优点，都是通过电压驱动进行导通的。IGBT克服了MOS的缺点，拥有高输入阻抗和低导通压降的特点。因此，其广泛应用于开关电源、电车、交流电机等领域。 如今，各个行业的发展几乎电子化，对功率半导体器件的需求越来越大，不过现在功率半导体器件主要由欧美国家和地区提供。我国又是全球需求量最大的国家，自给率仅有10%，严重依赖进口。功率半导体器件的生产制造要求特别严格，需要具备完整的晶圆厂、芯片制造厂、封装厂等产业链环节。国内企业的技术跟资金条件暂时还无法满足。 从市场格局来看，全球功率半导体市场中，海外龙头企业占据主导地位。我国功率半导体器件的生产制造还需要付出很大的努力。制造功率半导体器件有着严格的要求，每一道工序都需要精心控制。最后的成品仍需要经过专业仪器的测试才能上市。这也是为半导体器件生产厂家降低生产成本，提高经济效益的体现。没有经过测试的半导体器件一旦哪方面不及格，则需要重新返工制造，将会增加了企业的生产成本。

深圳威宇佳公司是国内知名的功率半导体检测专家，专门生产制造简便易用、高精度的设备，让操作人员轻松上手操作，省力更省心。如生产的IGBT动态参数测试设备、PIM&单管IGBT 专用动态设备、IGBT静态参数测试设备、功率半导体测试平台等，均是经过经验丰富的技术人员精心打磨出来的，设备高可靠性、高效率，已在市场上应用超过10年，历经了超过500万只模块/DBC的测试考验。

功率器件的发展历程

功率器件的发展历程 IGBT、GTR、GTO、MOSFET、IGBT、IGCT…… 2009-12-08 08:49 引言 电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。从1958年美国通用电气(GE)公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子技术的诞生。到了70年代，晶闸管开始形成由低压小电流到高压大电流的系列产品。同时，非对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件相继问世，广泛应用于各种变流装置。由于它们具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点，其研制及应用得到了飞速发展。 由于普通晶闸管不能自关断，属于半控型器件，因而被称作第一代电力电子器件。在实际需要的推动下，随着理论研究和工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展，先后出现了GTR、GTO、功率MOSET等自关断、全控型器件，被称为第二代电力电子器件。近年来，电力电子器件正朝着复合化、模块化及功率集成的方向发展，如IGPT、MCT、HVIC等就是这种发展的产物。 电力整流管 整流管产生于本世纪40年代，是电力电子器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。目前已形成普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管等三种主要类型。其中普通整流管的特点是： 漏电流小、通态压降较高(1 0～1 8V)、反向恢复时间较长(几十微秒)、可获得很高的电压和电流定额。多用于牵引、充电、电镀等对转换速度要求不高的装置中。较快的反向恢复时间(几百纳秒至几微秒)是快恢复整流管的显著特点，但是它的通态压降却很高(1 6～4 0V)。它主要用于斩波、逆变等电路中充当旁路

【发展战略】我国半导体产业的现状和发展前景

五、半导体篇 ——我国半导体产业的现状和发展前景 电子信息产业已成为当今全球规模最大、发展最迅猛的产业，微电子技术是其中的核心技术之一（另一个是软件技术）。现代电子信息技术，尤其是计算机和通讯技术发展的驱动力，来自于半导体元器件的技术突破，每一代更高性能的集成电路的问世，都会驱动各个信息技术向前跃进，其战略地位与近代工业化时代钢铁工业的地位不相上下。 当前，世界半导体产业仍由美国占据绝对优势地位，日本欧洲紧随其后，韩国和我国台湾地区也在迅速发展。台湾地区半导体工业已成为世界最大的集成电路代工中心，逐步形成自己的产业体系。 我国的微电子科技和产业起步在50年代，仅比美国晚几年。计划经济时期，由于体制的缺陷和其间10年“文革”，拉大了和国际水平的差距。进入80年代，我国面对国内外微电子技术的巨大反差和国外对我技术封锁，我们没有能够在体制和政策上及时拿出有效应对措施。国有企业无法适应电子技术的快节奏进步，国家协调组织能力下降，科研体制改革缓慢，以致1980～1990年代我国自主发展半导体产业的努力未获显著效果。 “市场‘开放’后，集成电路商品从合法、不合法渠道源源涌入，集成电路所服务的终端产品，以整机或部件散装的形式，也大量流入，但人家确实考虑到微电子的战略核心性质，死死卡住生产集成电路的先进设备，不让进口，在迫使我们落后一截，缺乏竞争力的同时，又时刻瞄准我们科研与生产升级的潜力，把我们的每一次进步扼杀在萌芽状态，冲垮科技能力，从外部加剧我们生产与科研的脱节，迫使我们不得不深深依赖他们。……我们的产业环境又多多少少带有计划色彩，不能很快与国际接轨，其中特别是对微电子产业发展有重大影响的企业制度、资本市场、税收政策、科研体制等，又不适应市场经济要求，使得我们在国际竞争中缺乏活力”。1 20世纪90年代，我国半导体产业的增长速度达到30%以上，但其规模仅占世界半导体子产业的1%，仅能满足大陆半导体市场的不足10%。即使“十五”期间各地计划的项目都能如期实施，到2005年，我国半导体产业在世界上的份额，顶多占到2%～3%。自己的设计和制造水平和国际先进水平的差距很大，企业规模小、重复分散、缺乏竞争力，基本上是跨国公司全球竞争战略的附庸，自己的产业体系还没有成形。 我国半导体产业如此落后的现状，使得我国的经济、科技、国防现代化的基础“建筑在沙滩上”。在世界微电子技术迅猛发展的情况下，我国如不努力追赶，就会在国际竞争中越来越被动，对我国未来信息产业的升级和市场份额的分配，乃至对整个经济发展，都可能造成十分不利的影响。形势逼迫我国必须加快这一产业的发展。“十五”计划中，加快半导体产业的发展被放在重要地位，这是具有重大意义的。 发展中国家要追赶国际高科技产业的步伐，一般都会面临技术、资金、管理、市场的障碍。高科技的产业化是一个大规模的系统工程，需要科研和产业的紧密结合，以及各部门的有效协调，而这些都不是单个企业所能跨越得过去的。在市场机制尚未成熟到有效调动资源的情况下，高层次的组织协调和扶持是必需的。构建具有较高透明度的政策环境和市场环境。有助于鼓励高科技民营企业进入电路设计业领域，鼓励生产企业走规模化和面向国内市场自主开发的路子，形成产业群体。 1许居衍院士，2000年。

电力电子器件的发展历程

电力电子器件的发展历程 电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。 ● 1904年出现了电子管（Vacuum tube)，能在真空中对电子流进行控制，并应 用于通信和无线电，从而开了电子技术之先河 ● 20年代末出现了水银整流器（Mercury Rectifier），其性能和晶闸管 （Thyristor）很相似。在30年代到50年代，是水银整流器发展迅速并大量应用的时期。它广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所、轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输电 ● 1947年美国贝尔实验室发明晶体管(Transistor)，引发了电子技术的一场革 命 ● 1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管（Thyristor） ● 1960年我国研究成功硅整流管（Silicon Rectifying Tube/Rectifier Diode） ● 1962年我国研究成功晶闸管（Thyristor） ● 70年代出现电力晶体管（Giant Transistor－GTR）、电力场效应管（Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor－MOSFET） ● 80年代后期开始：复合型器件。 以绝缘栅极双极型晶体管（Insulated －Gate Bipolar Transistor－IGBT）为代表,IGBT是电力场效应管（MOSFET）和双极结型晶体管（ Bipolar ● 90年代主要有： 功率模块（Power Module）：为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式，这给应 用带来了很大的方便。 功率集成电路（Power Integrated Circuit－PIC）：把驱动、控制、保 护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前其功率 都还较小，但代表了电力电子技术发展的一个重要方向。 智能功率模块（Intelligent Power Module－IPM）则专指IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成，也称智能IGBT（Intelligent IGBT）。 高压集成电路（High Voltage Integrated Circuit－HVIC）：一般指横 向高压器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。 智能功率集成电路（Smart Power Integrated Circuit－SPIC）：一般指纵向功率器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。 一个弗莱明发明了二极管，另一个弗莱明发明了盘尼西林

功率半导体器件 LDMOS VDMOS

关于功率MOSFET（VDMOS & LDMOS）的报告 ---时间日期：2009.11.12 ---报告完成人：祝靖1．报告概况与思路 报告目的：让研一新同学从广度认识功率器件、了解功率器件的工作原理，起到一个启蒙的作用，重点在“面”，更深层次的知识需要自己完善充实。 报告内容：1）从耐压结构入手，说明耐压原理； 2）从普通MOS结构到功率MOS结构的发展；（功率MOS其实就是普通MOS结构和耐 压结构的结合）； 3）纵向功率MOS（VDMOS）的工作原理； 4）横向功率MOS（LDMOS）的工作原理； 5）功率MOSFET中的其它关键内容；（LDMOS和VDMOS共有的，如输出特性曲线）报告方式：口头兼顾板书，点到即止，如遇到问题、疑惑之处或感兴趣的地方，可以随时打断提问。 2．耐压结构（硅半导体材料） 目前在我们的研究学习中涉及到的常见耐压结构主要有两种：①反向PN结②超结结构(包括)； 2.1 反向PN结（以突变结为例） 图2.1所示的是普通PN结的耐压原理示意图，当这个PN结工作在一定的反向电压下，在PN结内部就会产生耗尽层，P区一侧失去空穴会剩下固定不动的负电中心，N区一侧会失去电子留下固定不动的正电中心，并且正电中心所带的总电量＝负电中心所带的总电量，如图2.1a所示，A区就是所谓耗尽区。 图2.1b所示的是耗尽区中的电场分布情况（需熟悉了解），耗尽区以外的电场强度为零，Em称为峰值电场长度（它的位置在PN，阴影部分的面积就是此时所加在PN P区和N区共同耐压。图2.2所示的是P+N结的情况，耐压原理和图1中的相同，但是在这种情况中我们常说N负区是耐压区域(常说的漂移区) (a) (b) 图2.1 普通PN结耐压示意图（N浓度＝P浓度）图2.2 P＋N结耐压示意图（N浓度<

中国功率半导体行业研究-行业概况、发展概况

中国功率半导体行业研究-行业概况、发展概况 1、半导体行业概况 （1）全球半导体行业发展概况 半导体是电子产品的核心，信息产业的基石。半导体行业具有下游应用广泛、生产技术工序多、产品种类多、技术更新换代快、投资高、风险大等特点，全球半导体行业具有一定的周期性，景气周期与宏观经济、下游应用需求以及自身产能库存等因素密切相关。 根据全球半导体贸易统计组织，全球半导体行业2018年市场规模达到4,688亿美元，较2017年增长约13.7%。过去五年，随着智能手机、平板电脑为代表的新兴消费电子市场的快速发展，以及汽车电子、工业控制、物联网等科技产业的兴起，强力带动了整个半导体行业规模迅速增长。

资料来源：全球半导体贸易统计组织 全球半导体贸易统计组织数据显示，2018年美国半导体行业市场规模约为1,030亿美元，占全球市场的21.97%；欧洲半导体行业市场规模约为430亿美元，约占全球市场的9.16%。亚太地区半导体行业近年来发展迅速，已成为全球最大的半导体市场。亚太地区（除日本外）市场规模达2,829亿美元，已占据全球市场60.34%的市场份额，中国大陆地区是近年来全球半导体市场增速最快的地区之一。 数据来源：全球半导体贸易统计组织 目前全球半导体产业呈现由头部厂商所主导的态势，2018年前十大半导体厂商销售收入占比达到了59.3%，前十大半导体厂商的销售额2018年较2017年平均增长率高达18.5%，市场份额较为集中，行业马太效应显著。

数据来源：Gartner （2）中国半导体行业发展概况 中国本土半导体行业起步较晚。但在政策支持、市场拉动及资本推动等因素合力下，中国半导体行业不断发展。步入21世纪以来，中国半导体产业市场规模得到快速增长。2018年，中国半导体产业市场规模达6,531亿元，比上年增长20.7%。2013-2018年中国半导体市场规模的复合增长率达21.09%，显著高于同期世界半导体市场的增速。

功率半导体器件是什么

“power semiconductor device”和“power integrated circuit(简写为power IC或PIC)”直译就是功率半导体器件和功率集成电路。 在国际上与该技术领域对应的最权威的学术会议就叫做International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs，即功率半导体器件和功率集成电路国际会议。 “power”这个词可译为动力、能源、功率等，而在中文里这些词的含义不是完全相同的。由于行业的动态发展，“power”的翻译发生了变化。 从上世纪六七十年代至八十年代初，功率半导体器件主要是可控硅整流器(SCR)、巨型晶体管(GTR)和其后的栅关断晶闸管(GTO)等。它们的主要用途是用于高压输电，以及制造将电网的380V或220V交流电变为各种各样直流电的中大型电源和控制电动机运行的电机调速装置等，这些设备几乎都是与电网相关的强电装置。因此，当时我国把这些器件的总称———power semiconductor devices没有直译为功率半导体器件，而是译为电力电子器件，并将应用这些器件的电路技术power electronics没有译为功率电子学，而是译为电力电子技术。与此同时，与这些器件相应的技术学会为中国电工技术学会所属的电力电子分会，而中国电子学会并没有与之相应的分学会；其制造和应用的行业归口也划归到原第一机械工业部和其后的机械部，这些都是顺理成章的。实际上从直译看，国外并无与电力电子相对应的专业名词，即使日本的“电力”与中文的“电力”也是字型相同而含义有别。此外，当时用普通晶体管集成的小型电源电路———功率集成电路，并不归属于电力电子行业，而是和其他集成电路一起归口到原第四机械工业部和后来的电子工业部。 20世纪80年代以后，功率半导体行业发生了翻天覆地的变化。功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET，常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(power IC，常简写为PIC)为主。 这一转变的主要原因是，这些器件或集成电路能在比以前高10倍以上的频率下工作，而电路在高频工作时能更节能、节材，能大幅减少设备体积和重量。尤其是集成度很高的单片片上功率系统(power system on a chip，简写PSOC)，它能把传感器件与电路、信号处理电路、接口电路、功率器件和电路等集成在一个硅芯片上，使其具有按照负载要求精密调节输出和按照过热、过压、过流等情况自我进行保护的智能功能，其优越性不言而喻。国际专家把它的发展喻为第二次电子学革命。

2015年功率半导体器件行业简析

2015年功率半导体器件行业简析 一、行业的定义与分类 (2) 二、行业的发展历史和现状 (3) 三、行业规模 (4) 四、行业的周期性 (6) 五、进入本行业的壁垒 (6) 1、技术壁垒 (6) 2、客户服务壁垒 (7) 六、行业风险因素 (7) 1、投入不足 (7) 2、质量意识差 (8) 七、影响行业未来发展趋势的因素 (8) 1、电子元器件微型化 (8) 2、电子元器件集成化 (9) 3、产业政策大力支持 (9)

一、行业的定义与分类 功率半导体器件是进行电能（功率）处理的半导体产品，典型的功率处理功能包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等，是弱电控制与强电运行间的桥梁，其中大部分是既能耐高压也能承受大电流。半导体产业的发展始于分立器件，所谓“分立”，一般是指被封装的半导体器件仅含单一元件(为了产品应用需要，部分分立器件封装实际上包含二个或多个元件或器件)，它必须和其它类型的元件相结合，才能提供类似放大或开关等基本电学功能。 从产品结构来分，功率半导体分立器件可分为二极管、三极管、功率晶体管、功率集成电路等几大类产品，其中功率晶体管包括有MOSFET和IGBT等。从功率处理能力来分，功率半导体分立器件可分为四大类，包括低压小功率分立器件(电压低于200V，电流小于200mA)、中功率分立器件(电压低于200V，电流小于5A)、大功率分立器件(电压低于500V，电流小于40A)、高压特大功率分立器件(电压低于2,000V，电流小于40A)。 每个电子产品均离不开功率半导体技术。功率半导体的目的是使电能更高效、更节能、更环保并给使用者提供更多方便。如通过变频来调速，使变频空调在节能50-70％的同时，更环保、更安静、让人更舒适。人们希望便携式电子产品一次充电后有更长的使用时间，在电池没有革命性进步以前，需要更高性能的功率半导体器件进行高效的电源管理。正是由于功率半导体能将“粗电”变为“精电”，因此它是

GaN功率器件的发展现状

摘要：首先从器件性能和成本等方面分析了为何GaN功率器件是未来功率电子应用的首选技术方案，GaN功率器件具有无可比拟的性能优势，通过采用价格低且口径大的Si衬底，有望实现与硅功率器件相当的价格。其次，简要介绍了GaN功率器件的市场和行业发展现状，市场空间很大，除了专注GaN的新进公司外，世界排名靠前的功率半导体企业也纷纷涉足。随后，从材料、器件技术、功率集成技术和可靠性四个方面分别简要介绍了GaN功率器件的技术发展现状。最后，简要列举了部分企业推出GaN功率器件产品的现状。 1 引言 近年来GaN功率器件已经成为了学术界和工业界共同关注和着力研发的热点，特别是Si基GaN功率器件已成为GaN在未来功率电子应用中的首选技术方案，原因如下： 从理论上来讲，与硅类功率器件的性能相比，GaN功率器件的性能具有十分明显的优势。首先，转换效率很高，GaN的禁带宽度是硅的3倍，临界击穿电场是硅10倍，因此，同样额定电压的GaN功率器件的导通电阻比硅器件低1000倍左右，大大降低了开关的导通损耗;其次，工作频率很高，GaN的电子渡越时间比硅低10倍，电子速度比在硅中高2倍以上，反向恢复时间基本可以忽略，因此GaN开关功率器件的工作频率可以比硅器件提升至少20倍，大大减小了电路中储能元件如电容、电感的体积，从而成倍地减小设备体积，减少铜等贵重原材料消耗，开关频率高还能减少开关损耗，进一步降低电源总的能耗;第三，工作温度很高，GaN的禁带宽度高达3.4eV，本征电子浓度极低，电子很难被激发，因此理论上GaN器件可以工作在800℃以上的高温。 除了上述的GaN功率器件本身的性能优势外，还有如下原因：首先，Si的价格低，具有明显的价格优势;其次，通过外延技术可在更大尺寸的Si 衬底上得到GaN外延片，为GaN 功率器件的产业化与商业化提供了更大的成本优势;第三，大尺寸的GaN-on-Si晶圆可使用已有的成熟的Si 工艺技术和设备，实现大批量的低成本的GaN器件制造;最后，Si基GaN 器件可与Si基的光电器件和数控电路等集成，利于形成直接面对终端应用的功能性模块。 2 市场和行业发展现状 据YoleDeveloppement的报告“Power GaN 2012” [1]，GaN功率器件有巨大的市场空间，2011年半导体功率器件市场空间约为177亿，预计到2020年该市场空间会增加8.1%，达到357亿。应用GaN功率器件的电源市场可能在2014年启动，然后迎来一个高速发展期，到2020年，不含国防预算有望实现20亿美元的销售。 目前，50%功率器件的生产线是6英寸的，很多工厂正在转投8英寸生产线，2011年Infineon成为第一家引进12英寸生产线的工厂。GaN功率器件也进入了发展期，除了专注GaN的新进公司(如：EPC、Transphorm和Micro GaN等)外，世界排名靠前的功率半导体企业也纷纷介入GaN功率器件，有曾做硅的企业如IR、Furukawa、Toshiba和Sanken等，有曾做化合物半导体的企业如Infineon、RFMD、Fujitsu和NXP等，有做LED和功率器件的企业如Panasonic、Sumsung、LG和Sharp等。对于GaN功率器件供应商，IDM已成主流业态，如IR、Panasonic、Sanken和Transphorm等均是IDM企业。目前，对GaN功率器件企业的投资额还在不断增长，2012年7月AZZURRO融资了260万欧元发展8寸GaN-on-Si 外延片，同年10月Transphorm又筹集了3500万美元发展GaN功率器件，今年5月UK政府资助NXP 200万英镑在Hazel Grove发展GaN功率器件。

2017年功率半导体器件行业分析报告

2017年功率半导体器件行业分析报告 2017年11月

目录 一、功率半导体器件，电力控制的核心器件 (4) 1、功率半导体器件的作用 (4) 2、功率半导体器件市场分析 (8) 二、下游需求旺盛，功率半导体器件交货期延长 (10) 三、常见的功率半导体器件 (11) 1、MOSFET (11) 2、IGBT (13) 四、国内功率半导体进口替代进行时 (19) 1、捷捷微电：具备晶闸管自主设计和制造能力，进口替代空间大 (19) 2、扬杰科技：积极布局SiC宽禁带功率半导体器件 (21) 3、士兰微：国家大基金入股，8寸线如期试产 (22) 4、华微电子：第六代IGBT产品研发成功 (23)

功率半导体器件可以用来控制电路通断，从而实现电力的整流、逆变、变频等变换。一般将额定电流超过1A 的半导体器件归类为功率半导体器件，这类器件的阻断电压分布在几伏到上万伏。常见的功率半导体器件有金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极晶体管芯片（IGBT）及模块等。 半导体功率器件广泛应用于汽车、家电、光伏、风电、轨交等领域，渗透进了人们生活的方方面面。从2016年下半年开始，功率半导体器件行情回暖，需求持续旺盛，但是受限于产能，原厂交货周期开始延长。一般来说MOSFET、整流管和晶闸管的交货周期是8周左右，但现在部分MOSFET、整流管和晶闸管交期已被延长到24至30周。 我国的功率半导体器件的起步虽然较晚，但是市场规模增长迅速。从2011年的1386亿元增长到2016年的2088亿元，年均复合增速达8.53%，已经成为全球最大的功率半导体市场之一。但是我国的功率半导体生产厂商与国际巨头相比还有较大差距。目前全球主要的功率半导体厂商均为英飞凌、德仪、STM、恩智浦等国外企业。国内功率半导体器件需要大量进口，如IGBT 有90%依赖进口，因此进口替代空间巨大。 为推动我国半导体产业的发展，2014年国家成立了千亿规模的国家集成电路产业投资基金（简称“大基金”）。由于从本质上讲，功率半导体器件与集成电路（IC）芯片非常类似，它们都由PN结、双极型晶体管、MOS 结构构成，因此两者的理论基础相同，大多数工艺也相同。因此大基金的设立也有利于功率半导体器件的发展。2016

谈半导体技术的应用与发展

半导体材料的应用与发展 【摘要】：半导体材料以其独特的优势和非凡的特性，已成为信息与新能源技术发展的基础。本篇文章通过对半导体材料的过去、现在和将来的简述以及近些年来发展的碳基材料石墨烯和碳纳米材料管做了概述，最后对半导体材料的发展前景进行展望。 【关键词】：半导体材料石墨烯碳纳米管 半导体材料作为现代信息和新能源技术的基础受到人们的广泛关注吗。它的发展和应用带给人们福音，尤其是在通信、高速计算、大容量信息处理、可再生清洁能源、空间防御、电子对抗以及武器装备的微型化、智能化等等这些对国民经济和国家安全至关重要的领域出现了巨大的进步，受到了人们的欢迎和重视。一、半导体的概念 物质存在的形式是多种多样的，有固体、液体、气体、离子体等。人们通常把导电性和导热性差的材料，如陶瓷、金刚石、人工晶体、琥珀和玻璃等成为绝缘体。而导电性、导热性都比较好的材料，如金、银、铜、铁、锡、铝等金属，称为导体。可以简单地把介于两者之间的，即介于到体育绝缘体之间的材料称为半导体，与金属和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的。直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。 二、半导体的发展 半导体材料的发现可以追溯到19世纪。1833年英国法拉第最先发现了硫化银材料的电阻随着温度的上升而降低，与金属的电阻随着温度的上升而增加的现象相反，从而发现了这种半导体特有的导电现象，不久以后，1893年，法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形式的结在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应。1873年，英国的史密斯发现了硒晶体材料的光电导现象。1874年德国的布劳恩观察到硫化铅与金属接触时的电导与外加的电场方向有关；如果把电压极性反过来，它就不导通了，这就是半导体的整流效应。同年，出生在德国的英国物理学家舒斯特有发现了铜与氧化铜的整流效应。上述半导体的这四个效应，虽然在1880年以前就先后被发现了。但是半导体这个名词大约到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。 20世纪初期，尽管人们对半导体认识比较少，但是对半导体材料的应用研究还是比较活跃的。20世纪20年代，固体物理和量子力学的发展以及能带论的不断完善，使半导体材料中的电子态和电子输运过程的研究更加深入，对半导体材料中的结构性能、杂质和缺陷行为有了更深刻的认识，提高半导体晶体材料的完整性和纯度的研究。20世纪50年代，为了改善晶体管特性，提高其稳定性，半导体材料的制备技术得到了迅速发展。尽管硅在微电子技术应用方面取得了巨大成功，但是硅材料由于受间接带隙的制约，在硅基发光器件的研究方面进展缓慢。随着半导体超晶体格概念的提出，以及分子束外延。金属有机气相外延和化学束外延等先进外延生长技术的进步，成功的生长出一系列的晶态、非晶态薄层、超薄层微结构材料，这不仅推动了半导体物理和半导体器件设计与制造从过去的所谓“杂质工程”发展到“能带工程”为基于量子效应的新一代器件制造与应用打下了基础。 20世纪80年代开始，随着扫描隧道显微术和原子力显微镜技术的发现与应用，纳米科学技术得到了迅速发展，使人们在原子、分子和纳米尺度的水平上操控。制造具有全新功能的材料与器件，于是以碳60、碳纳米管为代表的纳米材料以及半导体量子点、量子线材料及其半导体量子器件的研究称为材料科学研究领域

13种常用的功率半导体器件介绍

13种常用的功率半导体器件介绍 电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。 1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS控制晶闸管 MCT 是一种新型MOS 与双极复合型器件。如上图所示。MCT是将MOSFET 的高阻抗、低驱动图MCT 的功率、快开关速度的特性与晶闸管的高压、大电流特型结合在一起，形成大功率、高压、快速全控型器件。实质上MCT 是一个MOS 门极控制的晶闸管。它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由无数单胞并联而成。它与GTR，MOSFET，IGBT，GTO 等器件相比，有如下优点： （1）电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可关断电流密度为6000kA/m2； （2）通态压降小、损耗小，通态压降约为11V； （3）极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达20 kV/s ，di/dt为2 kA/s； （4）开关速度快，开关损耗小，开通时间约200ns，1 000 V 器件可在2 s 内关断； 2. IGCT（Intergrated Gate Commutated Thyristors） IGCT 是在晶闸管技术的基础上结合IGBT 和GTO 等技术开发的新型器件，适用于高压大容量变频系统中，是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。 IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点。在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT 芯片在不串不并的情况下，二电平逆变器功率0.5~ 3 MW，三电平逆变器1~ 6 MW；若反向二极管分离，不与IGCT

半导体技术发展史

中文摘要: 自从有人类以来，已经过了上百万年的岁月。社会的进步可以用当时人类使用的器物来代表，从远古的石器时代、到铜器，再进步到铁器时代。现今，以硅为原料的电子元件产值，则超过了以钢为原料的产值，人类的历史因而正式进入了一个新的时代，也就是硅的时代。硅所代表的正是半导体元件，包括记忆元件、微处理机、逻辑元件、光电元件与侦测器等等在内，举凡电视、电话、电脑、电冰箱、汽车，这些半导体元件无时无刻都在为我们服务。 关键字：半导体起源，半超导材料，硅材料，半导体器件，临界参量，半超导技术，半超导技术应用，半导体发展趋势。

Abstract Since there are human beings, have over millions of years. The progress of the society can be used when humans use objects to represent, bronze from the ancient stone age, the iron age, progress to. Nowadays, electronic components production using silicon as raw material, more than to steel as the raw material production, human history and thus entered a new era, also is the era of silicon. Silicon is representative of the semiconductor components, including memory element, microprocessor, logic components, optoelectronic devices and sensors and so forth, such as television, telephone, computer, refrigerator, car, the semiconductor elements in every hour and moment for our service Keyword Semiconductor origin, semi superconducting materials, silicon materials, element semiconductor devices, critical parameters, semi superconducting technology, semi superconducting technology, semiconductor development trend

SiC功率半导体器件技术发展现状及市场前景

SiC功率半导体器件技术发展现状及市场前景 近年来，Si功率器件结构设计和制造工艺日趋完善，已经接近其材料特性决定的理论极限，依靠Si器件继续完善来提高装置与系统性能的潜力十分有限。本文首先介绍了SiC功率半导体器件技术发展现状及市场前景，其次阐述了SiC功率器件发展中存在的问题，最后介绍了SiC功率半导体器件的突破。 SiC功率半导体器件技术发展现状1、碳化硅功率二极管 碳化硅功率二极管有三种类型：肖特基二极管（SBD）、PiN二极管和结势垒控制肖特基二极管（JBS）。由于存在肖特基势垒，SBD具有较低的结势垒高度。因此，SBD具有低正向电压的优势。SiC SBD的出现将SBD的应用范围从250 V提高到了1200 V。同时，其高温特性好，从室温到由管壳限定的175℃，反向漏电流几乎没有增加。在3 kV以上的整流器应用领域，SiC PiN和SiC JBS二极管由于比Si整流器具有更高的击穿电压、更快的开关速度以及更小的体积和更轻的重量而备受关注。 2、单极型功率晶体管，碳化硅功率MOSFET器件 硅功率MOSFET器件具有理想的栅极电阻、高速的开关性能、低导通电阻和高稳定性。在300V以下的功率器件领域，是首选的器件。有文献报道已成功研制出阻断电压10 kV 的SiC MOSFET。研究人员认为，碳化硅MOSFET器件在3kV～5 kV领域将占据优势地位。尽管遇到了不少困难，具有较大的电压电流能力的碳化硅MOSFET器件的研发还是取得了显著进展。 另外，有报道介绍，碳化硅MOSFET栅氧层的可靠性已得到明显提高。在350℃条件下有良好的可靠性。这些研究结果表明栅氧层将有希望不再是碳化硅MOSFET的一个显著的问题。 3、碳化硅绝缘栅双极晶体管（SiC BJT、SiC IGBT）和碳化硅晶闸管（SiC Thyristor） 最近报道了阻断电压12kV的碳化硅P型IGBT器件，并具有良好的正向电流能力。碳化硅IGBT器件的导通电阻可以与单极的碳化硅功率器件相比。与Si双极型晶体管相比，SiC 双极型晶体管具有低20～50倍的开关损耗以及更低的导通压降。SiC BJT主要分为外延发

大功率半导体器件综述及介绍

自从50年代，硅晶闸管问世以后，50多年来，功率半导体器件的研究工作者为达到理想化的目标做出了不懈的努力，并以取得了使世人瞩目的成就。60年代后期，可关断晶闸管GTO实现了门极可关断功能，并使斩波工作频率扩展到1KHZ以上。70年代中期，大功率晶体管和功率MOSFET 问世，功率器件实现了场控功能，打开了高频应用的大门。80年代，绝缘栅双极晶体管（IGBT）问世，它综合了功率MOSFET和双极型功率晶体管两者的功能。因此，当前功率器件研究工作的重点主要集中在研究现有功率器件的集成性能，MOS门控晶体管的改进，以及采用新型半导体材料制造新型的功率器件等。 瑞士ABB半导体公司是ABB集团的全资子公司，是世界上最著名的大功率半导体生产商之一。西安赛晶电子科技责任有限公司是瑞士ABB 半导体公司在中国的首家代理，本公司在为客户提供先进的大功率半导体器件的同时，以西安电力电子技术研究所为其坚强的技术后盾，为客户提供较强的技术支持和服务。 一大功率半导体器件的最新发展 1．普通晶闸管(PCT) PCT自问世以来，其功率容量已提高了近3000倍。现在许多国家已能稳定生产Φ100mm，8000V/4000A的晶闸管。日本现在已能稳定生产8000V/4000A和6000V/6000A的光触发晶闸管。近十几年来，由于自关断器件的飞速发展，晶闸管的应用领域有所缩小，但是，由于它的高电压、大电流特性，它在HVDC，静止无功补偿（SVC），大功率直流电源及超大功率和高压变频调速等方面仍然占有十分重要的地位。预计在今后若干年内，晶闸管仍将在高电压、大电流应用场合得到继续发展。 2、门极可关断晶闸管(GTO) 1982年日本日立公司首先研制成功2500V,1000A的GTO。许多的生产商可提供额定开关功率36MVA(6000V,6000A)用的高压大电流GTO。为了折衷它的导通、开通和关断特性，传统GTO的典型的关断增量仅为3-5。GTO关断期间的不均匀性使GTO关断期间dv/dt必须限制在 500-1000v/μs。为此,人们不得不使用体积大、笨重、昂贵的吸收电路。它的其他缺点是门极驱动电路较复杂和要求较大的驱动功率。但是，高的导通电流密度、高的阻断电压、阻断状态下高的dv/dt耐量和有可能在内部集成一个反并二极管，这些突出的优点仍使人们对GTO感兴趣。到目前为止，传统的GTO在高压（VBR>3300V）/大功率（0.5-20MVA）牵引、工业和电力逆变器中是应用得最为普遍得门控功率半导体器件。目前，GTO的最高研究水平为6英寸、6000V/6000A以及9000V/10000A。这种GTO采用了大直径均匀结技术和全压接式结构，通过少子寿命控制技术折衷了GTO导通电压与关断损耗两者之间的矛盾。由于GTO具有门极全控功能，它正在许多应用领域逐步代替PCT。为了满足电力系统对1兆VA以上的三相逆变功率电压源的需要，近期很可能开发10，000A,12,000V的GTO,并可能解决30多个高压GTO串联的技术，可望使电力电子技术在电力系统应用方面再上一个台阶。 3、绝缘栅双极晶体管（IGBT）