中国功率器件产业的未来发展趋势.doc

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1、中国功率器件产业的未来发展趋势　　功率半导体器件（PowerSemiconductorDevice）又称为电力电子器件，是电力电子装置实现电能转换、电路控制的核心器件。主要用途包括变频、整流、变压、功率放大、功率控制等，同时具有节能功效。功率半导体器件广泛应用于移动通讯、消费电子、新能源交通、轨道交通、工业控制、发电与配电等电力、电子领域，涵盖低、中、高各个功率层级。　　功率半导体器件种类众多。功率半导体根据载流子类型可分为双极型与单极型功率半导体。双极型功率半导体包括功率二极管、双极结型晶体管（BipolarJunctionTrans

2、istor，BJT）、电力晶体管（GiantTransistor，GTR）、晶闸管、绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）等，单极型功率半导体包括功率MOSFET、肖特基势垒功率二极管等。按照材料类型可以分为传统的硅基功率半导体器件以及宽禁带材料功率半导体器件。传统功率半导体器件基于硅基制造，而采用第三代半导体材料（如SiC、GaN）具有宽禁带特性，是新兴的半导体材料。　　　　功率半导体的器件分类　　功率半导体器件：二极管→晶闸管→硅基MOSFET→硅基IGBT。功率二极管发明于20

3、世纪50年代，起初用于工业和电力系统。60-70年代，以半控型晶闸管为代表的功率器件快速发展，晶闸管体积小、明显的节能功效引起广泛重视。80年代，晶闸管的电流容量已达6000安，阻断电压高达6500伏；80年代发展起来的硅基MOSFET工作频率达到兆赫级，同时功率器件正式进入电子应用时代。　　　　功率器件的演进史　　硅基IGBT的出现实现了功率器件同时具备大功率化（6500V）与高频化（10-100kHz）。二十一世纪前后，将功率器件与集成电路集中在同一个芯片中，功率器件集成化使器件功能趋于完整。　　不同功率半导体器件的特性　　经历了那

4、么多年的发展，衍生出了不同的半导体器件，而他们也都各自有各自的特性：　　　　功率半导体器件的比较　　（1）功率二极管：最传统功率器件，应用于工业、电子等领域　　功率二极管是基础性功率器件，广泛应用于工业、电子等各个领域。功率二极管（Diode）是一种具有两个电极装置的电子元件，只允许电流由单一方向流过，同时无法对导通电流进行控制，属于不可控型器件。二极管主要用于整流、开关、稳压、限幅、续流、检波等。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。

5、　　　　整流二极管示意图　　（2）硅基MOSFET：高频化器件，应用领域拓展至4C　　硅基MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)简称金氧半场效晶体管，高频化运行，耐压能力有限。1960年由贝尔实验室BellLab.的D.Kahng和MartinAtalla首次实作成功，制造成本低廉、整合度高、频率可以达到上MHz，广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管，具体有开关电源、镇流器、通信电源等高频领域，应用领域由二极管的工业、电子等拓展到了四个新的领域，即4C：Comp

6、ute,Communication,Consumer,Car。　　　　功率MOSFET结构图　　（3）硅基IGBT：融合BJT和MOSFET，广泛应用于新能源汽车、光伏、轨道交通　　IGBT集BJT与MOSFET优点于一身，1988年以来已进展至第六代产品。IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOSFET(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT在开通过程中，大部分时间作为MOSFET运行，在断开期间，BJT则增强IGBT

7、的耐压性。自从1988年第一代IGBT产品问世以来，目前已经进展至第六代产品，性能方面有显著的提升，工艺线宽由5微米缩小至0.3微米，功率损耗则将为1/3左右，断态电压大幅提高近10倍。　　　　IGBT=MOSFET+BJY结构图　　600-1200V的IGBT需求量最大，1200V以上未来需求强劲。从应用领域看，IGBT广泛应用于新能源汽车、电机、新能源发电、轨道交通等领域；从电压结构看，电压在600-1200V的IGBT需求量最大，占市场份额68.2%，1200V以上的IGBT应用在高铁、动车、汽车电　　子及电力设备中，伴随着轨道交

8、通、再生能源、工业控制等行业市场在近几年内的高速成长，对更高电压应用的IGBT产品（1200V~6500V）提出了强烈的需求　　　　2015年全球IGBT市场应用结构（单位：百万美元）　　IGBT模块是新能