不常见的半导体功率器件有哪些

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。

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，未来还将伴随着产业的爆发实现科技和经济的快速增长。
 

审核编辑：汤梓红