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不常见的半导体功率器件有哪些?

发表时间:2022-07-14
来源:网络整理
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1940年贝尔实验室在研究雷达探测整流器时,发现硅存在PN结效应,1958年美国通用电气(GE)公司研发出世界上第一个工业用普通晶闸管,标志着电力电子技术的诞生。

近年来,万物互联的呼声越来越高,几乎全行业的电子化发展都与功率半导体器件挂钩,大大增加了对功率半导体器件的需求。根据功能和使用场景的不同,功率器件自然就分为了常见的和不常见的类型,上次我们列举了常见的功率器件,这次我们再来聊一聊不常见的功率器件有哪些。

 

1.新型GTO器件-集成门极换流晶闸管

当前已有两种常规GTO的替代品:高功率的IGBT模块、新型GTO派生器件-集成门极换流IGCT晶闸管。IGCT晶闸管是一种新型的大功率器件,与常规GTO晶闸管相比,它具有许多优良的特性,例如,不用缓冲电路能实现可靠关断、存贮时间短、开通能力强、关断门极电荷少和应用系统(包括所有器件和外围部件如阳极电抗器和缓冲电容器等)总的功率损耗低等。

 


2.脉冲功率闭合开关晶闸管

该器件特别适用于传送极强的峰值功率(数MW)、极短的持续时间(数ns)的放电闭合开关应用场合,如:激光器、高强度照明、放电点火、电磁发射器和雷达调制器等。该器件能在数kV的高压下快速开通,不需要放电电极,具有很长的使用寿命,体积小、价格比较低,可望取代目前尚在应用的高压离子闸流管、引燃管、火花间隙开关或真空开关等。

该器件独特的结构和工艺特点是:门-阴极周界很长并形成高度交织的结构,门极面积占芯片总面积的90%,而阴极面积仅占10%;基区空穴-电子寿命很长,门-阴极之间的水平距离小于一个扩散长度。上述两个结构特点确保了该器件在开通瞬间,阴极面积能得到100%的应用。此外,该器件的阴极电极采用较厚的金属层,可承受瞬时峰值电流。

 

3.电力电子器件(PowerElectronicDevice)

电力电子器件(PowerElectronicDevice),又称为功率半导体器件,用于电能变换和电能控制电路中的大功率(通常指电流为数十至数千安,电压为数百伏以上)电子器件。可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件,其中晶闸管为半控型器件,承受电压和电流容量在所有器件中最高;电力二极管为不可控器件,结构和原理简单,工作可靠;还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件,其中GTO、GTR为电流驱动型器件,IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。

 

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4.MOS门极控晶闸管

MOS门极控制晶闸管充分地利用晶闸管良好的通态特性、优良的开通和关断特性,可望具有优良的自关断动态特性、非常低的通态电压降和耐高压,成为将来在电力装置和电力系统中有发展前途的高压大功率器件。目前世界上有十几家公司在积极开展对MCT的研究。MOS门控晶闸管主要有三种结构:MOS场控晶闸管(MCT)、基极电阻控制晶闸管(BRT)及射极开关晶闸管(EST)。其中EST可能是MOS门控晶闸管中最有希望的一种结构。但是,这种器件要真正成为商业化的实用器件,达到取代GTO的水平,还需要相当长的一段时间。

 

5.砷化镓二极管

随着变换器开关频率的不断提高,对快恢复二极管的要求也随之提高。众所周知,具有比硅二极管优越的高频开关特性,但是由于工艺技术等方面的原因,砷化镓二极管的耐压较低,实际应用受到局限。为适应高压、高速、高效率和低EMI应用需要,高压砷化镓高频整流二极管已在Motorola公司研制成功。与硅快恢复二极管相比,这种新型二极管的显着特点是:反向漏电流随温度变化小、开关损耗低、反向恢复特性好。

 

目前全球的功率半导体器件主要由欧洲、美国、日本三个国家和地区提供,凭借他们先进的技术和生产制造工艺,以及领先的品质管理体系,大约占据了全球70%的市场份额。而中国在国家多项科研计划的扶持下,已经大幅缩小了与国际的技术差距,并取得了不少成就。功率半导体是很多应用领域不可或缺的上游器件,未来将伴随着产业的爆发实现科技和经济的快速增长。