功率半导体器件技术

功率半导体器件技术

张 波

(电子科技大学)

摘要：

　　功率半导体，即进行功率处理的半导体器件，它包括功率二极管、功率开关器件与功率集成电路，前两者也称为功率(分立)器件。近年来，随着功率MOS 技术的迅速发展，功率半导体的应用范围已从传统的工业控制扩展到4C 产业(计算机、通信、消费类电子产品和汽车电子)，渗透到国民经济与国防建设的各个领域。功率半导体是进行电能处理的半导体产品。75%以上的电能应用需由功率半导体进行变换以后才能供设备使用。高品质电能变换所内涵的高耐压、高速、高电流密度、高集成度和低导通电阻等给人们提出不少科学与技术问题，并不断推动着功率半导体的发展。功率(分立)器件，国内也称为电力电子器件，从原理上可分为功率二极管、功率晶体管和晶闸管类器件。

　　为了使功率半导体器件适应便携式、绿色电源、节能减排的发展需要，功率(分立)器件正不断采用新技术，不断改进材料性能或开发新的应用材料、继续优化完善结构设计、制造工艺和封装技术等，提高器件功率集成密度，减少功率损耗。宽禁带半导体器件，特别是SiC 和GaN 基功率半导体器件被视为下一代的功率半导体器件。在SiC 整流器商业化生产的基础上，各种SiC 功率开关器件(如MOSFET、MESFET、JFET、IGBT、SIT、GTO、BJT 等)相继研制成功。虽然最近几年SiC 功率开关器件取得了长足的进步，各种SiC 功率开关器件的特性和功率容量不断提高，但大规模商业化SiC 功率开关器件还依赖于高质量、大面积无缺陷及低成本SiC 材料的发展以及器件结构优化和器件可靠性机理的研究。

　　随着LED 应用的迅速发展，GaN 材料及器件正成为功率半导体的发展热点。基于AlGaN/GaN 材料的器件具有比SiC 更低的导通电阻和大直径硅基GaN外延技术的成熟并逐步商业化，使得GaN 功率半导体从微波功率器件向功率整流、功率开关和功率集成发展。功率集成电路(PIC)是指将高压功率器件与信号处理系统及外围接口电路、保护电路、检测诊断电路等集成在同一芯片的集成电路，又称为智能功率集成电路(SPIC)。智能功率集成作为现代功率电子技术的核心技术之一，随着微电子技术的发展，也正向集成更多的控制(包括时序逻辑、DSP 及其固化算法等)和保护电路发展，以实现功能更强的智能控制能力。本文将就硅基功率半导体分立器件技术、宽禁带功率半导体器件技术和可集成功率半导体器件技术的最新技术和发展趋势做简要介绍。