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1、 半导体功率器件的特点常见的功率器件有：功率二极管、金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（电力电子行业“CPU”IGBT）、基材禁带宽度较高（大于2.3eV）的功率器件-宽禁带功率器件，他们的特点介绍如下：1、功率二极管：最简单的功率器件二极管是用半导体材料制成的具有单向导电性的二端器件，一般由P极和N极形成PN结结构，电流只能从P极流向N极。二极管由电流驱动，无法自主控制通断，电流只能单向通过。半导体二极管按应用领域不同可分为用于电力转换的功率二极管，主要为普通整流二极管、快恢复二极管（Fast Recovery Diode，FRD）、肖特基二极管（Schott
2、ky Barrier Diode，SBD）；用于显示用的发光二极管，如LED、OLED；用于将光信号转化成电信号的光电二极管等。 功率二极管是最简单的功率器件，利用其单向导电的特性，通常用于整流电路、稳压电路、开关电路、检波电路等。 1.1 整流二极管是利用PN结的单向导电性，把电路中工频交流电转换成脉动直流电的一种二极管。是结面积大、结电容大、工作频率较低，一般在几十千赫兹，为了可靠往往选用二极管的最大整流电流和最高反向工作电压要有2倍余量。1.2 开关二极管也是利用PN结的单向导电性而完成电流开关功能的一种二极管，当开关二极管加上一个较大的正脉冲信号时，进入导通状态，正向压降很小，正向电阻
3、很低，相当一个闭合开关；当负脉冲到达时，进入截止状态，反向电阻很大，反向电流很小，相当一个断开的开关。 1.3 稳压二极管是利用PN结反向击穿时电压基本不变，而电流可在很大范围内变化的特性制做的，它可以在一定电流变化范围内对电路起稳压作用。1.4 检波（也称解调）二极管是利用其单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号取出来，广泛应用于半导体收音机、收录机、电视机及通信等设备的小信号电路中，其工作频率较高，处理信号幅度较弱。 当前市场上大部分功率二极管均是硅基器件，普通的整流二极管即利用传统的PN结实现整流、开关、稳压、续流、检波等功能，快恢复二极管、肖特基二极管在结构及性能上与其
4、稍有不同。 快恢复二极管（Fast Recovery Diode，FRD）是指反向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多采用掺金措施，结构上有采用PN结型结构，有的采用改进的PIN结构。其正向压降高于普通二极管（1-2V），反向耐压多在1200V以下。主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。 肖特基二极管（SBD）是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，具有正向压降低（0.4-0.5V）、反向恢复时间很短（10-40ns，1000ns=1us），但反向漏电流较大，耐压低，一般低于150V，多在低电压场合用作高频、低压
5、、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。特别适用于低压（200V以下）大电流（500A以下）的开关电源，在通信电源、变频器等中比较常见。 2、 MOSFET：高频开关，功率器件最大市场MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）即金属-氧化物半导体场效应晶体管，由P极、N极、G栅极、S源极和D漏级组成。金属栅极与N极、P极之间有一层二氧化硅绝缘层，电阻非常高。不断增加G与S间的电压至一定程度，绝缘层电阻减小，形成导电沟道，从而控制漏极电流。因此M
6、OSFET是通过电压来控制导通，在G与S间施加一定电压即可导通，不施加电压则关断，器件通断完全可控。 MOSFET的导通与阻断都由电压控制，电流可以双向通过。MOSFET的优点是开关速度很高，通常在几十纳秒至几百纳秒，开关损耗很小，通常用于各类开关电源，缺点是在高压环境下压降很高，随着电压上升电阻变大，传导损耗很高。 MOSFFET的结构原理较为简单，但随着电力电子领域不断有新的架构方式被开发出来，尤其是Trench-gate、Super Junction、Insulated Field Plates等技术的应用大幅改善了Power MOSFET的能量转换效率及工作频率，使得MOSFET也经历
7、多次更新换代。3、IGBT：电力电子行业“CPU”IGBT（Insulated-Gate-Bipolar-Transistor）即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合式半导体。IGBT兼具MOS和BJT的优点，导通原理与MOSFET类似，都是通过电压驱动进行导通。IGBT在克服了MOSFET缺点，拥有高输入阻抗和低导通压降的特点，在高压环境下传导损耗较小。IGBT是电机驱动的核心，广泛应用于逆变器、变频器等，在UPS、开关电源、电车、交流电机等领域，逐步替代GTO、GTR等产品。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上，电流10A以上，频率1K
8、Hz以上的区域。IGBT固有结构导致其作为高频开关时损耗较大，IGBT工作频率通常为40-50KHz。IGBT的导通与阻断都受电压控制，可以双向导通。IGBT芯片在下游应用时可将单个IGBT芯片封装成IGBT单管，或将多个IGBT芯片、二极管集成封装成模块，IGBT单管的电流容量通常在100A以下，而IGBT模块的电流容量则从几十到几千A。因为同样电流容量的MOSFET比IGBT单管耐用性更强，为充分发挥IGBT相比于MOSFET的优势，IGBT通常采用模块的封装形式。IGBT模块具有参数优秀、最高电压高、引线电感小的特点，是IGBT最常见的应用形式，IGBT模块常用于大电流和大电压环境4、宽
9、禁带功率器件宽禁带功率器件指基材禁带宽度较高（大于2.3eV）的功率器件，一般仅指基于碳化硅、氮化镓这类第三代半导体材料制作的功率器件。宽禁带半导体由于基材与硅不同，所以在器件性能上与硅基器件有较大差异，例如第三代半导体材料的优点是禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、抗辐射能力强、频率高，在高压、高温、高频应用领域相较于传统硅基器件有更强优势，同时使得系统结构简单化，降低损耗，更加节能，因此第三代半导体材料尤其适用于需要进行大功率电流转换的功率器件领域。另外，第三代半导体材料的另一个优点是安全、环保，不会像砷化镓（GaAs）、磷化铟中（InP）等对环境以及人体产生危害。而由于氮化镓在材料端制备环
10、节仍存在较大技术难度，当前具备大规模量产条件的第三代半导体功率器件仅有碳化硅。更高的击穿场强、更好的热稳定性、更高的电子饱和速度及禁带宽度等，能够大大提高功率器件的性能表现。总结来看，对比硅基器件，碳化硅功率器件主要有三大优势：（1） 耐高温、高压。碳化硅功率器件的工作温度理论上可达600以上，是同等硅基器件的4倍，耐压能力是同等硅基器件的10倍，可以承受更加极端的工作环境。（2） 器件小型化和轻量化。碳化硅器件拥有更高的热导率和功率密度，能够简化散热系统，从而实现器件的小型化和轻量化。（3） 低损耗、高频率。碳化硅器件的工作频率可达硅基器件的10倍，而且效率不随工作频率的升高而降低，可以降低近50%的能量损耗；同时因频率的提升减少了电感、变压器等外围组件体积，降低了组成系统后的体积及其他组件成本。目前第三代半导体在器件结构上主要以二极管、MOSFET为主，由于其相对于硅的优良的耐高压、高频特性，使得目前以MOSFET结构便足以替代硅基IGBT的广泛应用场景。第三代半导体功率器件处于起步阶段，以碳化硅功率器件占绝大多数，主要应用在电力转换领域。当前碳化硅功率器件主要在新能源汽车的车载充电机、充电桩、计算机电源、风电逆变器、光伏逆变器、大型服务器电源、空调变频器等领域有初步应用。
