功率半導體器件技術

張 波

(電子科技大學)

摘要：

　　功率半導體，即進行功率處理的半導體器件，它包括功率二極管、功率開關器件與功率集成電路，前兩者也稱為功率(分立)器件。近年來，隨著功率MOS 技術的迅速發(fā)展，功率半導體的應用范圍已從傳統(tǒng)的工業(yè)控制擴展到4C 產業(yè)(計算機、通信、消費類電子產品和汽車電子)，滲透到國民經濟與國防建設的各個領域。功率半導體是進行電能處理的半導體產品。75%以上的電能應用需由功率半導體進行變換以后才能供設備使用。高品質電能變換所內涵的高耐壓、高速、高電流密度、高集成度和低導通電阻等給人們提出不少科學與技術問題，并不斷推動著功率半導體的發(fā)展。功率(分立)器件，國內也稱為電力電子器件，從原理上可分為功率二極管、功率晶體管和晶閘管類器件。

　　為了使功率半導體器件適應便攜式、綠色電源、節(jié)能減排的發(fā)展需要，功率(分立)器件正不斷采用新技術，不斷改進材料性能或開發(fā)新的應用材料、繼續(xù)優(yōu)化完善結構設計、制造工藝和封裝技術等，提高器件功率集成密度，減少功率損耗。寬禁帶半導體器件，特別是SiC 和GaN 基功率半導體器件被視為下一代的功率半導體器件。在SiC 整流器商業(yè)化生產的基礎上，各種SiC 功率開關器件(如MOSFET、MESFET、JFET、IGBT、SIT、GTO、BJT 等)相繼研制成功。雖然最近幾年SiC 功率開關器件取得了長足的進步，各種SiC 功率開關器件的特性和功率容量不斷提高，但大規(guī)模商業(yè)化SiC 功率開關器件還依賴于高質量、大面積無缺陷及低成本SiC 材料的發(fā)展以及器件結構優(yōu)化和器件可靠性機理的研究。

　　隨著LED 應用的迅速發(fā)展，GaN 材料及器件正成為功率半導體的發(fā)展熱點�；�于AlGaN/GaN 材料的器件具有比SiC 更低的導通電阻和大直徑硅基GaN外延技術的成熟并逐步商業(yè)化，使得GaN 功率半導體從微波功率器件向功率整流、功率開關和功率集成發(fā)展。功率集成電路(PIC)是指將高壓功率器件與信號處理系統(tǒng)及外圍接口電路、保護電路、檢測診斷電路等集成在同一芯片的集成電路，又稱為智能功率集成電路(SPIC)。智能功率集成作為現代功率電子技術的核心技術之一，隨著微電子技術的發(fā)展，也正向集成更多的控制(包括時序邏輯、DSP 及其固化算法等)和保護電路發(fā)展，以實現功能更強的智能控制能力。本文將就硅基功率半導體分立器件技術、寬禁帶功率半導體器件技術和可集成功率半導體器件技術的最新技術和發(fā)展趨勢做簡要介紹。