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关于功率半导体

       常常有人将功率器件和功率半导体混为一谈,其实功率半导体包括两部分:功率器件和功率IC,其中功率器件是功率半导体分立器件的简称,而功率IC则是将功率半导体分立器件与驱动/控制/保护/接口/监测等外围电路集成而来。


关于功率半导体(图1)


        所有的功率半导体器件都具有处理高电压、大电流的能力,主要用于有大功率处理需求的电力设备的电能变换和控制电路方面,比如:变频、变压、变流、功率管理,电压处理范围从几十V到几千V,电流能力最高可达几千A。


        早期的功率半导体是以分立器件的形式出现的,20世纪50年代,功率二极管、功率三极管面世并主要用于工业和电力系统,因此当年的功率半导体又被称为电力电子器件。20世纪60至70年代,晶闸管等半导体功率器件快速发展。20世纪70年代末,平面型功率MOSFET发展起来。20世纪80年代后期,沟槽型功率MOSFET和IGBT逐步面世,此时二极管和晶闸管技术越来越成熟,附加值逐渐变低,国际大厂产能开始向以功率MOSFET、IGBT为代表的功率半导体器件迅速转移,功率半导体正式进入电子应用时代。


        截至目前,MOSFET和IGBT都还是最主要、价值含量最高、技术壁垒较高的功率器件。但近年来,不断有机构预估以SiC、GaN为代表的第三代半导体材料将站上未来功率半导体主流舞台。


        目前Si材料在半导体行业中占据95%以上半导体器件和99%集成电路的体量,仍占主流。然而,随着5G时代的到来,工业4.0和汽车电动化的继续推进,对功率器件在开关频率、散热、抗压性能等方面都提出了新的挑战和要求,传统Si功率器件瓶颈凸显。


        德州仪器高压电源应用产品业务部氮化镓功率器件产品线经理Steve Tom告诉与非网,“与现有Si器件,比如MOSFET或IGBT相比,GaN和SiC由于不同的物理特性,是具备更好开关性能的新型半导体材料。具体而言,GaN具有低得多的输入和输出电容以及显著降低功耗的零反向恢复电荷。市场上要求更高效率和功率密度的应用正以极快的速度向GaN产品过渡。