功率半导体器件与功率集成电路
功率器件
功率半导体的发展历程及其展望技术分类：电源技术模拟设计 | 2005-02-16EDN China功率半导体器件和电力电子世界上最早的半导体器件是整流器和晶体管，当时并没有功率半导体或微电子半导体之分。
1958年，我国开始了第一个晶闸管研究课题(当初称为PNPN器件)。
在大致相似的时间里，集成电路的研究也逐步开始。
从此半导体器件向两个方向发展。
前者成为电力电子学的基础，后者则发展并促成了微电子及信息电子学。
按照我国当时的体制，功率器件被归入机械系统，集成电路则列入电子系统。
由于半导体的龙头在电子系统，再加上集成电路又是半导体的主体，因而经过长期的演变，在一些场合集成电路几乎成为半导体器件的唯一代名词。
六十年代末七十年代初，在全国曾掀起过一个"可控硅"热。
这个热潮持续甚久，影响很大，因而国内至今仍有人认为功率半导体的主体就是可控硅。
七十年代末，可控硅发展成为一个大家族。
并被冠以一个标准化的名称"晶闸管"。
由于以开关技术来调节功率，所以在器件上的损耗很小，因此被誉为节能的王牌。
其应用领域更是遍及到各个领域。
我国在1979年开始酝酿成立电力电子学会，略早于美国IEEE成立电力电子学会(Power Electronics Society)。
中国的电力电子学会成立后，由于专业的重要性，发展的速度很快。
但当时也因为归口关系，它没有像美国那样成为一个独立的专业学会，而隶属于其后成立的中国电工技术学会。
把Power Electronics翻译和定义为电力电子(当初也有人主张称为功率电子)，对电力电子的普及化起了一定的作用。
机械，电力，电子等部门都很关心它的发展。
相关的功率半导体器件也因此被称为电力电子器件。
但这个名称在国外却很难找到相对应的词汇。
"电力"电子的提法在取得普及的同时，也留下了一些后遗症。
使人们误认为只有大功率方向才是"电力"电子器件的主体，而难以将迅速发展的MOSFET视为"电力电子"的另一个主体。
功率半导体器件是什么
“power semiconductor device”和“power integrated circuit(简写为power IC或PIC)”直译就是功率半导体器件和功率集成电路。
在国际上与该技术领域对应的最权威的学术会议就叫做International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs，即功率半导体器件和功率集成电路国际会议。
“power”这个词可译为动力、能源、功率等，而在中文里这些词的含义不是完全相同的。
由于行业的动态发展，“power”的翻译发生了变化。
从上世纪六七十年代至八十年代初，功率半导体器件主要是可控硅整流器(SCR)、巨型晶体管(GTR)和其后的栅关断晶闸管(GTO)等。
它们的主要用途是用于高压输电，以及制造将电网的380V或220V交流电变为各种各样直流电的中大型电源和控制电动机运行的电机调速装置等，这些设备几乎都是与电网相关的强电装置。
因此，当时我国把这些器件的总称———power semiconductor devices没有直译为功率半导体器件，而是译为电力电子器件，并将应用这些器件的电路技术power electronics没有译为功率电子学，而是译为电力电子技术。
与此同时，与这些器件相应的技术学会为中国电工技术学会所属的电力电子分会，而中国电子学会并没有与之相应的分学会；其制造和应用的行业归口也划归到原第一机械工业部和其后的机械部，这些都是顺理成章的。
实际上从直译看，国外并无与电力电子相对应的专业名词，即使日本的“电力”与中文的“电力”也是字型相同而含义有别。
此外，当时用普通晶体管集成的小型电源电路———功率集成电路，并不归属于电力电子行业，而是和其他集成电路一起归口到原第四机械工业部和后来的电子工业部。
20世纪80年代以后，功率半导体行业发生了翻天覆地的变化。
功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET，常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(power IC，常简写为PIC)为主。
电气工程概论第三章-电力电子
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
图3-2示出了各种功率半导体器件的工作范围
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
二、大功率二极管
大功率二极管属不可控器件，在不可控整流、电感性负载回路 的续流等场合均得到广泛使用。
（一）大功率二极管的结构 大功率二极管的内部结构是一个具有P型、N型半导体、一个PN 结和阳极A、阴极K的两层两端半导体器件，其符号表示如图33(a)所示。 从外部构成看，也分成管芯和散热器两部分。一般情况下， 200A以下的管芯采用螺旋式(图3-3(b) )，200A以上则采用平板 式(图3-3(c) )。
1. 电压参数
（1）断态重复峰值电压UDRM 取断态不重复峰值电压UDSM的90％定义为断态重复峰值电压UDRM， “重复”表示这个电压可以以每秒50次，每次持续时间不大于 10ms的重复方式施加于元件上。
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
（2）反向重复峰值电压URRM
取反向不重复峰值电压URSM的90％为定义为反向重复峰值电压 URRM，这个电压允许重复施加。
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
三、晶闸管(SCR)
晶闸管是硅晶体闸流管的简称，其价格低廉、工作可靠，尽管 开关频率较低，但在大功率、低频的电力电子装置中仍占主导 地位。 （一）晶闸管的结构 晶闸管是大功率的半导体器件，从总体结构上看，可区分为管 芯及散热器两大部分，分别如图3-7及图3-8所示。
晶闸管常应用于低频的相控电力电子电路，有时也在高频电力电子电路中 得到应用，如逆变器等。在高频电路应用时，需要严格地考虑晶闸管的开 关特性，即开通特性和关断特性。
（1）开通特性 晶闸管由截止转为导通的过程为开通过程。图3-11给出了
第8章功率半导体器件习题答案
第8章功率半导体器件习题答案第1部分：填空题1.针对电力二极管的特性，完成下列题目：1）将正向电流I F开始明显增加所对应的二极管两端的电压定义为门槛电压。
2）与正向电流I F对应的二极管两端的电压定义为正向电压降。
3）承受反向电压时，只有微小而数值恒定的电流流过，该电流定义为反向漏电流。
4）承受很高反向电压而出现击穿时所对应的二极管两端的电压，定义为反向击穿电压。
5）从承受正向电压开始，到二极管完全导通所需要的时间定义为正向恢复时间。
6）在关断时，须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态，这段时间定义为反向恢复时间。
7）二极管在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。
2.针对晶闸管的特性，完成下列题目1）晶闸管的关断时间由两段时间组成，分别是：反向阻断恢复时间和正向阻断恢复时间。
2）将指定的管壳温度和散热条件下，晶闸管允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值定义为通态平均电流，用I T(AV)表示。
I T(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量，该电流对应的有效值为 1.57倍I T(AV)。
3）使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流，用I H表示。
晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为擎住电流，用I L表示。
对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的2～4倍。
4）在门极断路且结温为额定值时，将允许重复加在器件上的正向峰值电压定义为断态重复峰值电压，用U DRM表示；将允许重复加在器件上的反向峰值电压定义为反向重复峰值电压，用U RRM表示。
通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小（该空选项：较大或较小）的标值作为该器件的额定电压。
选用时，应考虑安全裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2～3倍。
5）断态电压临界上升率d u/d t是指：在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。
什么是半导体器件有哪些常见的半导体器件
什么是半导体器件有哪些常见的半导体器件半导体器件是指由半导体材料制成的用于电子、光电子、光学和微波等领域的电子元器件。
它具有半导体材料固有的特性，可以在不同的电压和电流条件下改变其电子特性，从而实现电子器件的各种功能。
常见的半导体器件有以下几种：1. 二极管（Diode）：二极管是最简单的半导体器件之一。
它由一个P型半导体和一个N型半导体组成。
二极管具有单向导电性，可以将电流限制在一个方向。
常见的二极管应用包括整流器、稳压器和光电二极管等。
2. 晶体管（Transistor）：晶体管是一种电子放大器和开关器件，由三层或两层不同类型的半导体材料构成。
晶体管可分为双极型（BJT）和场效应型（FET）两种。
它广泛应用于放大器、开关电路和逻辑电路等领域。
3. MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）：MOSFET是一种常用的场效应晶体管。
它具有低功耗、高开关速度和可控性强等特点，被广泛应用于数字电路、功率放大器和片上系统等领域。
4. 整流器（Rectifier）：整流器是一种将交流电转换为直流电的器件。
它主要由二极管组成，可以实现电能的转换和电源的稳定。
整流器广泛应用于电源供电、电动机驱动和电子设备等领域。
5. 发光二极管（LED）：发光二极管是一种能够将电能转换为光能的器件。
它具有高亮度、低功耗和长寿命等特点，被广泛应用于照明、显示和通信等领域。
6. 激光二极管（LD）：激光二极管是一种能够产生相干光的器件。
它具有高亮度、窄光谱和调制速度快等特点，广泛应用于激光打印、激光切割和光纤通信等领域。
7. 三极管（Triode）：三极管是晶体管的前身，它由三层不同类型的半导体材料构成。
三极管可以放大电流和电压，被广泛应用于放大器、调制器和振荡器等领域。
8. 可控硅（SCR）：可控硅是一种具有开关特性的器件。
它可以控制电流的导通和截止，广泛应用于交流电控制、功率调节和电能转换等领域。
9. 电压稳压器（Voltage Regulator）：电压稳压器是一种用于稳定输出电压的器件。
功率集成电路技术理论与设计课程设计
功率集成电路技术理论与设计课程设计概述功率集成电路技术是电力电子技术的核心之一。
它将集成电路制造技术与功率电子技术相结合，实现了电路小型化、集成化、高效化、智能化。
本文档将介绍关于功率集成电路技术的理论和设计。
理论部分1. 功率半导体器件功率半导体器件是功率电子器件的核心，如晶闸管、场效应管、IGBT等。
功率集成电路的制造过程就是将这些器件集成到同一片晶圆上，再增加驱动和保护电路等其他元件，形成了集成电路。
2. 功率集成电路功率集成电路是指将功率半导体器件、驱动电路、控制电路、保护电路等集成在一起的电路。
功率集成电路可实现电源、电控、信号处理、检测等多种功能。
3. 基础电路功率集成电路的设计需要基础电路的支持，如逆变器、整流器、升压降压变换器等。
其中，逆变器是功率集成电路最主要的应用领域之一，它可以将直流电能转换为交流电能，广泛应用于电力系统中，如UPS系统、家用电力系统和工业控制系统等。
4. 控制策略功率集成电路的控制策略有很多种，如开关控制、PWM控制、谐振控制等。
其中，PWM控制是功率集成电路最常用的控制策略之一，它可以实现功率半导体器件的精确控制，提高功率转换效率，降低功率损耗。
设计部分1. 设计流程功率集成电路的设计流程包括选型、电路设计、印制电路板设计、元器件焊接等多个步骤。
要完成一个完整的功率集成电路设计，需要在每个步骤中认真分析问题，制定合理的解决方案，最终形成一个完整的产品。
2. 电路设计电路设计是功率集成电路设计的核心。
在这一步骤中，需要选取合适的功率半导体器件和控制策略，设计合理的驱动电路、保护电路和控制电路等。
同时，需要对电路进行仿真和分析，确保电路的工作稳定性和效率。
3. 印制电路板设计印制电路板设计是将电路板图形化，并在板上制作出具有特定功能的电路元件的过程。
它是内部连接、布局、强度、EMI/EMC以及适配和装配等部分的实现。
在印制电路板设计中，需要充分考虑电路板的大小、受力情况、线路绕线等因素。
功率半导体器件
功率半导体器件“power semiconductor device”和“power integrated circuit(简写为power IC或PIC)”直译就是功率半导体器件和功率集成电路。
在国际上与该技术领域对应的最权威的学术会议就叫做International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs，即功率半导体器件和功率集成电路国际会议。
“power”这个词可译为动力、能源、功率等，而在中文里这些词的含义不是完全相同的。
由于行业的动态发展，“power”的翻译发生了变化。
从上世纪六七十年代至八十年代初，功率半导体器件主要是可控硅整流器(SCR)、巨型晶体管(GTR)和其后的栅关断晶闸管(GTO)等。
它们的主要用途是用于高压输电，以及制造将电网的380V或220V交流电变为各种各样直流电的中大型电源和控制电动机运行的电机调速装置等，这些设备几乎都是与电网相关的强电装置。
因此，当时我国把这些器件的总称———power semiconductor devices没有直译为功率半导体器件，而是译为电力电子器件，并将应用这些器件的电路技术power electronics没有译为功率电子学，而是译为电力电子技术。
与此同时，与这些器件相应的技术学会为中国电工技术学会所属的电力电子分会，而中国电子学会并没有与之相应的分学会；其制造和应用的行业归口也划归到原第一机械工业部和其后的机械部，这些都是顺理成章的。
实际上从直译看，国外并无与电力电子相对应的专业名词，即使日本的“电力”与中文的“电力”也是字型相同而含义有别。
此外，当时用普通晶体管集成的小型电源电路———功率集成电路，并不归属于电力电子行业，而是和其他集成电路一起归口到原第四机械工业部和后来的电子工业部。
20世纪80年代以后，功率半导体行业发生了翻天覆地的变化。
功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET，常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(power IC，常简写为PIC)为主。
常见功率半导体器件及其主要特点
常见功率半导体器件及其主要特点一、概述功率半导体器件是现代电子电气设备中不可或缺的组成部分，它承担着电能的调节、放大和转换任务。
在众多功率半导体器件中，普遍应用的包括晶闸管、场效应管、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、功率二极管等。
这些器件各自具有不同的特点和应用范围，下文将对其进行详细介绍。
二、晶闸管晶闸管是最早出现的功率半导体器件之一，其主要特点包括：1. 器件结构简单，工作可靠。
2. 具有单向导电性。
3. 具有双向触发能力。
4. 适用于高压、大电流场合。
5. 效率高、损耗小。
晶闸管广泛应用于直流调速、大功率变频器、交流电能控制等领域。
三、场效应管场效应管又称为MOSFET，其主要特点包括：1. 体积小、重量轻。
2. 导通电阻小、功率损耗小。
3. 开关速度快、可靠性高。
4. 控制电路简单、使用方便。
场效应管广泛应用于开关电源、电力电子设备、汽车电子系统等领域。
四、绝缘栅双极晶体管（IGBT）IGBT是由绝缘栅双极晶体管和场效应管结合而成的器件，其主要特点包括：1. 具有MOSFET的输入特性和GTR的输出特性。
2. 导通压降低、导通电阻小。
3. 具有高开关速度。
4. 具有大功率、高频率的特点。
IGBT广泛应用于变频调速、逆变器、电动汽车驱动等领域。
五、功率二极管功率二极管是一种常见的半导体器件，其主要特点包括：1. 低开启电压、低通态电压降。
2. 热稳定性好、动态特性好。
3. 寿命长、可靠性高。
4. 具有快速恢复特性。
功率二极管广泛应用于整流器、逆变器、交流稳压电源等领域。
六、结语功率半导体器件在现代工业生产和生活中发挥着重要作用，不同的器件具有不同的特点和应用范围，能够满足各种电能调节、转换的需求。
随着科技的不断发展，功率半导体器件的性能和应用范围将会不断扩大，为人类创造更加便利和高效的生活和工作环境。
七、功率半导体器件的发展趋势随着现代电子技术的发展和能源的需求不断增长，功率半导体器件的应用也愈发广泛。
目前世界上常见的功率器件分类-概述说明以及解释
目前世界上常见的功率器件分类-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:功率器件是电子设备中的重要组成部分，其作用是在电路中控制能量流动，从而实现对电能的转换和控制。
目前，世界上常见的功率器件主要包括二极管、晶体管和集成电路等分类。
这些功率器件在不同的电子设备和系统中扮演着重要的角色，广泛应用于通信、电力、汽车、医疗等各个领域。
本文将介绍目前世界上常见的功率器件分类，并探讨它们的特点、应用领域以及未来发展趋势。
通过深入了解功率器件的分类和特性，可以更好地应用和选择适合的器件，提高电子设备的性能和可靠性。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构部分旨在介绍本文的组织结构，让读者对整篇文章的章节分布有一个清晰的了解。
本文主要分为引言、正文和结论三部分。
在引言部分，将会对功率器件进行简要概述，并说明文章的结构和目的。
接下来的正文部分将详细介绍目前世界上常见的功率器件分类，包括二极管类、晶体管类和集成电路类。
每个类别将会进行详细的介绍和分析，让读者对各种功率器件有一个全面的了解。
最后的结论部分将总结本文对常见功率器件分类的讨论，探讨这些器件在不同应用领域中的作用，并展望未来的发展趋势。
通过这样的结构安排，读者可以系统地了解世界上常见的功率器件分类及其应用领域，为进一步深入研究提供了基础。
1.3 目的：本文的目的是对目前世界上常见的功率器件进行分类和总结，以便读者更好地了解不同类型的功率器件及其特性。
通过对二极管类、晶体管类和集成电路类功率器件的介绍，读者可以对功率器件在不同领域的应用有更深入的了解。
同时，本文还将展望未来功率器件的发展趋势，为读者提供对未来功率器件技术的预测和展望。
通过本文的阐述，希望读者能够更全面地认识功率器件的分类和应用，为相关领域的研究和实践提供一定的参考依据。
2.正文2.1 二极管类:二极管是一种最简单的功率器件，通常由P型半导体和N型半导体组成。
它具有正向导通和反向截止的特性，是电子学中的基本元件之一。
硅在电子材料中的应用
硅在电子材料中的应用硅是一种广泛应用于电子材料中的重要材料，其特殊性质使其成为电子器件中至关重要的组成部分。
硅的应用范围广泛，从集成电路和太阳能电池到光传感器和半导体材料。
以下是硅在电子材料中的一些重要应用。
1. 集成电路（Integrated Circuits，ICs）：硅是集成电路的重要材料之一、集成电路是现代电子设备和计算机技术的核心，其基本原理是在硅衬底上通过采用不同的制造工艺，将微小的电子元器件、电子功能和电子电路集成到一个芯片上。
硅具有良好的半导体性能、热稳定性和机械稳定性，使得它成为集成电路制造的理想选择。
2.太阳能电池：硅是太阳能电池的主要材料之一、太阳能电池通过将光能转化为电能来供电，硅是一种半导体材料，能够在光的照射下产生电子-空穴对。
硅太阳能电池由多个硅层叠加而成，吸收和转化光能的效率高，使得太阳能电池成为一种可再生、可持续的能源选择。
3.光传感器：硅也被广泛应用于光传感器中。
光传感器是一种利用光电效应将光信号转化为电信号的装置。
硅光传感器能够高效地吸收光线，并将其转化为电子信号。
它们通常用于光电测量、光学通信、自动化控制等应用，如摄像头、光电二极管等。
4.功率半导体器件：硅也是功率半导体器件的重要组成部分。
功率半导体器件用于控制和调节电力信号，如电源逆变器、功率放大器等。
硅功率半导体器件具有较高的电流密度、较低的导通电阻和较高的耐压能力，使得它们在能源领域和电力电子设备中得到广泛应用。
总之，硅是电子材料中应用最广泛的材料之一、它的半导体性能、稳定性和可靠性使得它成为集成电路、太阳能电池、光传感器和功率半导体器件的理想选择。
随着电子技术的不断发展，硅在电子材料中的应用将变得更加广泛和重要。
功率半导体器件发展概述
中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文集
相互交叠的 SJ 结构中的电场分布，使传统 VDMOS 中 击穿盾关系，所以，国际 上对横向 SJ(SJ-LDMOS)研究也是一个热点。
图 1 纵向 Super Junction 结构
功率半导体器件的半导体衬底材料是影响功率器件 发展的基础，下面分别以目前应用和研究最广泛的硅基 和 SOI(SOI，Silicon-On-Insulator)基为例对功率器件的发 展作简单的概述。 2.1 硅基功率器件
硅基功率器件是第一代半导体功率器件，在对硅、
锗材料以及与之形成界面的氧化物、硅/金属研究成熟的 基础上，出现了功率晶闸管、功率二极管、功率 MOS、 IGBT 等。功率二极管是功率半导体器件的重要分支。目 前商业化的功率二极管主要是 PiN 功率二极管和肖特基 势垒功率二极管（SBD）[2]。前者有着耐高压、大电流、 低泄漏电流和低导通损耗的优点，但电导调制效应在漂 移区中产生的大量少数载流子降低了关断速度，限制了 电力电子系统向高频化方向发展。具有多数载流子特性 的肖特基势垒功率二极管有着极高的开关频率，但其串 联的漂移区电阻有着与器件耐压成 2.5 次方的矛盾关系， 阻碍了肖特基势垒功率二极管的高压大电流应用，加之 肖特基势垒功率二极管极差的高温特性、大的泄漏电流 和软击穿特性，使得硅肖特基势垒功率二极管通常只工 作在 200 伏以下的电压范围内。
SOI 高压器件作为 SOI SPIC 的核心器件，其击穿电 压取决于横向击穿电压和纵向击穿电压的较低者。由于 常规 SOI 结构埋层限制耗尽区向衬底扩展，衬底不能参 与耐压，同时基于隔离和散热的考虑，顶层硅和埋氧层 都不能做得太厚，因而 SOI 器件的纵向耐压成为限制 SOI 技术在功率集成电路领域应用的主要因素。在最近的 20 年中人们提出了一系列的新技术和新结构[9-10]，分别从 横向和纵向来提高 SOI 高压器件的击穿电压。我们通过 对 SOI 中介质层中电场和击穿电压的分析，提出了一种 提高器件纵向耐压的新技术－介质场增强技术（EnbilfBuried Insulator Layer Field），这种技术通过在传统 SOI 埋层（I 层）中引入低介电系数的材料或通过使用图形化 的结构突破了传统 SOI 结构中受界面电荷为零时的 3 倍 电场关系，通过 Enbilf 技术，使 I 层中的电场大大提高， 纵向击穿电压达到设计的要求。 3 SJ(Super Junction)型功率半导体器件发展展望
电力电子技术32
GTR的静态特性
Ic
•共发射极接法时的典 型输出特性：截止区 、放大区和饱和区。
•在电力电子电路中 GTR工作在开关状态。
放大区 i b3 i b2
•在开关过程中，即在
截止区和饱和区之间
过渡时，要经过放大
区。
O
i b1 ib1<ib2<ib3
截止区
U ce
共发射极接法时GTR的输出特性
哈尔滨工业大学电气工程系
PcM
UceM Uce
文件: 电力电子技术32.6
电力电子技术
功率半导体器件(2)
8.4 电力场效应晶体管
电力MOSFET的结构和工作原理
• 单极型晶体管（只有一种载流子参与导电）,导电 机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别。
• 采用多元集成结构。
S
D
D
G
N+ 区
C
I
I
R
V+
J1
C
D N-
C
-+
E
+
IR
G
-D on
C 集电极
E
• N沟道VDMOSFET与GTR组合——N沟道IGBT。
• IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，增强了通流能力。
• 简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林顿 结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。
ID / A
•漏极电流ID和栅源间电压UGS
50
的关系称为MOSFET的转移特性
。表明栅极电压对漏极电流的
40
控制能力。
30
20
•ID较大时， ID与UGS的
电路中的半导体器件与集成电路设计
电路中的半导体器件与集成电路设计在现代电子技术的发展中，半导体器件和集成电路设计起着至关重要的作用。
本文将对电路中的半导体器件和集成电路设计进行探讨，以期为读者提供一些有用的信息和见解。
第一部分：半导体器件半导体器件是电路中的关键组成部分之一，主要用于控制和调节电流的流动。
以下将介绍几种常见的半导体器件。
1. 二极管二极管是一种最简单的半导体器件，由P型和N型半导体材料组成。
它的主要作用是将电流限制在一个方向上流动，常用于电源电路和信号调制。
2. 晶体管晶体管是一种用于放大和开关电流的半导体器件。
它由三个区域组成：发射区、基区和集电区。
晶体管可以被用作模拟和数字电路中的放大器和开关。
3. MOSFETMOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常见的功率放大器和开关器件。
它具有低功耗和高效率的特点，常用于计算机芯片和功率放大器中。
4. 三极管三极管是一种通过调节电流的大小来放大信号的半导体器件。
它由发射极、基极和集电极三个区域组成。
三极管广泛应用于电子设备中，如收音机和放大器。
第二部分：集成电路设计集成电路是将多个半导体器件和其他电子元件集成到一个芯片上的技术。
它具有体积小、功耗低和性能高的优点，被广泛应用于各个领域。
1. SSI、MSI和LSI集成电路按规模可以分为SSI（小规模集成电路）、MSI（中等规模集成电路）和LSI（大规模集成电路）。
不同规模的集成电路适用于不同的应用场景，SSI常用于计数器和触发器，而LSI常用于微处理器和存储器。
2. CMOS技术CMOS（互补性金属-氧化物半导体）是集成电路设计中常用的技术之一。
它具有低功耗和高速度的特点，广泛应用于数字电路和微处理器中。
3. ASIC和FPGAASIC（专用集成电路）和FPGA（现场可编程门阵列）是两种常见的集成电路设计方法。
ASIC用于特定的应用，如通信和图形处理，而FPGA可根据需要进行编程和调整，适用于快速原型设计和小批量生产。
半导体功率器件IC
ln()F FBJ kTV =第1章 引言 1 功率半导体分类功率处理：变频，变流，变压，功率管理，功率放大。
半导体器件：功率二极管，功率开关管，功率集成电路功率器件又分为：Power Rectifier ，Power Switch 2 理想功率开关与整流器-目标：Zero power dissipationOn-Resistance (Rds)=0Ω，Breakdown V oltage (BVds)=∞，Capacitance (Gate Charge)=0F (0C)，Free $0.00Long life and easy上图说明：器件可以双向导电，即能工作在第一和第三象限。
常关器件，导通时没有损耗、电流可任意大，电流可被控制栅控制且没有不饱和现象，控制（驱动）功耗为零，截止时没有漏电流且可阻断任意大电压。
第二章 结击穿技术1 击穿的机理：雪崩、齐纳、热击穿 条件：NPT -1=⎰dx dx α735108.1E -⨯=α)()(x x qN x E d sA-=ε=>8/710,1067.2-⨯=APP c N W AAs d qN V x ε2==>4/3131034.5-⨯=APP N BV sA A m V qN E ε2==>8/1,4010A PP C N E ⨯= 1.n=3.76e15for1000/9v ，w=6.28um;2.n=5e14---v=505v,w=37um PT-PPc P PPc PP c W W W E E ,,,1-==>sPD P PP c PTW qN W E V ε22,-=sDPTsDPP c PP c P qN V qN E E W εε22,,--=2. The plane junction =The parallel plane junction=One-Dimensional Diode = Ideal P-N junction.The junction is assumed infinite and its electric field is one-dimensional.3 Diffused Guard Ring ，Field Plate (FP)Resistive Field Plate (RFP). Field Limiting Ring (FLR)Junction Termination Extension (JTE)，Variation of Lateral Doping (VLD)第三章 功率二极管1 P-i-N diode -耐高压、大电流、低泄漏电流和低导通损耗，但电导调制在漂移区产生大量少数载流子降低了开关速度。
浅谈功率半导体器件
浅谈半导体功率器件国内功率半导体器件需求很火，功率半导体器件，以前也被称为电力电子器件，简单来说，就是进行功率处理的，具有处理高电压，大电流能力的半导体器件。
给个数量吧，电压处理范围从几十V~几千V，电流能力最高可达几千A。
典型的功率处理，包括变频、变压、变流、功率管理等等。
其中大功率(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。
早期的功率半导体器件：大功率二极管、晶闸管等等，主要用于工业和电力系统（正因如此，早期才被称为电力电子器件）。
后来，随着以功率MOSFET器件为代表的新型功率半导体器件的迅速发展，现在功率半导体器件已经非常广泛啦，在计算机、通行、消费电子、汽车电子为代表的4C行业（computer、communication、consumer electronics、cartronics）。
功率半导体器件现在可以说是越来越火，国家不是要节能环保吗，低碳生活，那就需要对能量的处理进行合理的管理，power是啥？通俗的理解就是功率P=IV 吗，所以就需要对电压电流的运用进行有效的控制，这就与功率器件密不可分！功率管理集成电路（Power Management IC，也被称为电源管理IC）已经成为功率半导体器件的热点，发展非常迅速噢。
功率半导体器件，在大多数情况下，是被作为开关使用（switch），开关，简单的说，就是用来控制电流的通过和截断。
那么，一个理想的开关，应该具有两个基本的特性：1，电流通过的时候，这个理想开关两端的电压降是零。
2，电流截断的时候，这个理想开关两端可以承受的电压可以是任意大小，也就是0~无穷大因此，功率半导体器件的研究和发展，就是围绕着这个目标不断前进的。
功率新pptx
xx年xx月xx日
目 录
• 介绍 • 功率单位及测量方法 • 功率电子技术 • 功率半导体器件 • 功率集成电路与模块 • 新一代功率技术展望
01
介绍
什么是功率
功率是指电器在使用一定时间内所消耗的电 能。
功率的单位是瓦特（W），常用单位有瓦时 （Wh）和瓦时（kWh），1瓦时等于1000
交流电源与功率电子器件
交流电源
包括市电、发电机组等，提供交流电输出，需经过整流、滤波和逆变等处理。
功率电子器件
主要指电力电子器件，如电力二极管、电力晶体管、电力MOS管等，用于实现交 流电源的整流、逆变和开关等操作。
高压、高温及高频功率电子技术
高压功率电子技术
01
涉及高压直流输电、高压逆变器等，需解决电磁兼容和绝缘等
问题。
高温功率电子技术
02
主要应用于航天、工业等领域，需解决散热和可靠性等问题。
高频功率电子技术
03
涉及开关电源、高频逆变器等，需解决电磁干扰和热设计等问
题。
04
功率半导体器件
功率半导体器件的分类及特点
按导电类型
功率半导体器件可分为双极型和 场控型两大类。双极型器件包括 电力二极管、晶体三极管等；场 控型器件包括电力场效应管、绝 缘栅双极型晶体管等。
电流表和电压表
用于测量电器的电流和电压等参数，可以配合功 率计使用，以便更准确地测量电器的功率值。
03
功率电子技术
直流电源与功率电子器件
直流电源
包括电池、直流发电机、DC/DC转换器等，用于提供稳定的直流电输出。
功率电子器件
主要包括二极管、晶体管、可控硅等，用于实现直流电源的转换、控制和保 护。
功率半导体器件与功率集成电路
功率半导体器件与功率集成电路引言：随着电子信息技术的快速发展，人们对功率电子器件和集成电路的需求也越来越高。
功率半导体器件和功率集成电路作为电源管理系统的核心部件，对于提高能源利用率和实现智能电力系统具有重要意义。
本文将介绍功率半导体器件和功率集成电路的相关知识，并探讨其在电力系统中的应用。
一、功率半导体器件的基本原理1.晶闸管晶闸管是一种双向可控硅，具有高电压和高电流的承受能力。
其主要由P-N-P-N四层结构组成，通过控制晶闸管的门极电流，可以实现对电流的控制。
晶闸管具有导通压降低、耐电流冲击、高开关速度等特点，广泛应用于交流调光、变频调速等领域。
2.功率场效应管功率场效应管主要由P-N-P结构和绝缘栅结构组成。
通常使用N沟道/P沟道型结构。
功率场效应管具有低导通压降、高开关速度和简单的驱动电路等优点，适用于高频开关电源和电力驱动应用。
3.绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管是一种新型的功率半导体器件。
它具有高电压承受能力、低开关能耗和高效率的特点。
绝缘栅双极型晶体管适用于高功率和高频率的应用，如电动汽车、光伏逆变器等。
二、功率集成电路的原理及应用功率集成电路是将多种功率功能集成到一个芯片中的电子器件。
功率集成电路可以实现功率器件的小型化、低功耗和高可靠性。
1.功率放大器功率放大器是功率集成电路中最常见的功能，主要用于放大和调节电信号的功率。
功率放大器的输出功率可以达到几瓦至几十瓦的级别，广泛应用于音频放大器、射频发射器和功率放大模块等。
2.电源管理芯片电源管理芯片是功率集成电路中的另一种重要应用领域。
电源管理芯片能够有效管理和控制电源系统的工作状态，提高能源利用率和系统的可靠性。
电源管理芯片可以实现电源开关、电压调节和电流限制等功能，适用于电子设备和通信设备等领域。
3.电力驱动集成电路电力驱动集成电路是功率集成电路的一种重要应用。
它能够将微电子技术和功率电子技术相结合，实现对电力系统的精确控制和管理。
功率半导体与半导体光电
功率半导体和半导体光电是半导体领域中的两个重要分支，分别在电力转换、电路控制和应用领域中发挥着至关重要的作用。
功率半导体主要是指功率器件，用于控制电能的生产、传输和转换，涵盖了功率集成电路和模块等大功率器件的基础，是电力电子技术的基础。
主要产品包括二极管、晶体管和晶闸管等，在高低电压转换、整流、变频与斩波等方面应用广泛。
特别是在电力设备的设计和制造中，功率半导体不可或缺，它们能够确保电力系统的稳定运行，提高效率，同时降低能耗。
半导体光电则主要研究光电器件的伏安特性（即光电特性，即光电效应），涉及光电检测、光伏、光电子器件及电路等领域。
它以光子注入和产生为基础，进行提取、检测并处理光子信息（如实现光信号和电信号的转换、完成光电系统的自动控制等），涉及多个领域，如物理、材料科学、微/纳加工和电路集成等。
光伏发电是以半导体电子器件为基础的发电方式，主要产品包括太阳能电池板和太阳能储能器件等，广泛应用在家用电器、电动车、交通工具和电力系统等领域。
总的来说，功率半导体和半导体光电在应用上各有侧重，但都依赖于半导体技术，在各自领域内发挥着关键作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
GCT
1998-2000s Voltage control
Power MOSFET
n+
P+
P
NN+
n+
P P+
n+
P+ P
n+
P P+
p+ n+
P
n+ p+
P
n+
P
N-
P
N-
N+
N+
n+
P
N
P
N+
0.18μm
40 μ m
VVMOS 1975
20 μ m
VDMOS 1980
6 μm
Trench MOSFET Super Junction
功率半导体器件与功率集成电路 －－现状及展望
电子科技大学 张波
zhangbo@
目录
1 功率半导体概述 2 功率半导体发展趋势分析 3 我国功率半导体发展现状
功率半导体概述－定义
Power
Semiconductor
System
Power Management
Power Magnification Power Management Voltage Conversion Current Conversion Frequency Conversion
SSD、SPEED、SFD、ESD、BJD
Optimize the exceeding carriers and their extracting path.
JBS/MPS Series
Si JBS Rectifier (1980)
Si TJBS Rectifier (1990)
Si TSOX JBS Rectifier (1998)
Optimizing Technology of Bulk Electric Field for Lateral High-Voltage Devices
REBULF for bulk silicon lateral high-voltage devices ENDIF for SOI lateral high-voltage devices
Power Rectifier Based on New Material
GaAs SBD SiC Rectifier GaN SBD
Power Rectifier Based on New Structure
JBS、MPS、TMBS、TMPS
Merge the advantages of PiN diode and schREBULF ----- Reduced Bulk Field • ENDIF ----- ENhanced DIelectric layer Field
Bo Zhang, et. al., “Field Enhancement for Dielectric Layer of High-Voltage Devices on Silicon on Insulator”, to be published in IEEE on Trans. Electron Devices.
率体
电子和电机 集 技
的驱动与控 成 术
制电路
电 路
）
便携式电子设备 通讯和网络 45％
汽车电子 20％
消费电子 20％
工业控制和照明 15％
目录
1 功率半导体概述 2 功率半导体发展趋势分析 3 我国功率半导体发展现状
二. 功率半导体发展趋势分析
2.1 半导体技术发展蓝图 2.2 功率半导体器件发展趋势 2.3 功率半导体集成技术发展
2.1 半导体技术发展蓝图
（1）More Moore （2）More than Moore
2.1 半导体技术发展蓝图
2.1 半导体技术发展蓝图 The Moore’s Law
2.1 半导体技术发展蓝图
SiP＋3D集成
ITRS国际半导体技术蓝图
融合
2.1 半导体技术发展蓝图
ITRS国际半导体技术蓝图
Power Bipolar Transistor
1950s
Ge
1980s
Si
Maturity
SiC
GTR: 600A/150V、400A/550V、50A/1000V
Thyristor
Thyristors
SCR
1960s Uncontrollable
GTO
1980s Current control
LDMOS with dual conduction paths
Z.Hossain, M.Imam, J.Fulton, and M.Tanaka, “Double RESURF 700V Nchannel LDMOS with best-in-class onresistance”, in Proc. Int. ISPSD Conf., p.137 2002
Power MOSFET IGBT IGCT Power IC
Applications
功率半导体是一门更好利用电能的科学，由于新型功率半导体技术的发展， 它的应用范围从工业控制延伸到信息电子
电能
（
MOSFET,IGBT,
变频 变流 变压 功率管理 功率放大
用电器（负载）
新
型
电源电路
功
率
工业控制
半 功导
BCD工艺集成技术
Si基 BCD Process
Toshiba’s 5th generation 60V 0.13μm BCD Process
Toshiba, ISPSD’2009
Toshiba’s 5th generation 18V 0.13μm CD Process
Toshiba, ISPSD’2009
Si MPS Rectifier (1987)
Si TMPS Rectifier (1990)
Si TSOX MPS Rectifier (1998)
Synchronous Rectifier
S
N+
p
G
N-
S
N+
p
N+
D
Si DMOS Synchronous rectifier (SR)
功率双极晶体管
High-voltage transistor with multi-layer conduction region
3D RESURF
Bo Zhang, et. al., High-Voltage LDMOS With Charge-Balanced Surface Low OnResistance Path Layer, IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 30, NO. 8, 2009
Semiconductor Devices
Power Rectifiers Power Switches Power ICs
Power Integration
SoC+PMU Power Management
Power System on Chip (PSoC)
Traditional power semiconductor devices
（1）可集成器件的发展 （2）BCD工艺集成技术 （3）Power SoC
2009年8月10日 Monday
26
可集成器件的发展
N+ N-
p-
Es < EC
P+
Single-Resurf
Es < EC
N+
P-top
N-
P+
p-
Double-Resurf
Double RESURF with Non-Uniform P-top
Power Rectifier
Power Semiconductor Devices Power Bipolar Transistor
Thyristor
Industry Application
Modern power semiconductor devices
Modern Power Semiconductor Devices
More Than Moore
功率器件
功率系统集成芯片 (Power SoC or SiP)
2.2 功率半导体器件发展趋势
（1） 新结构（新机理） （2） 新材料 （3） 更多功能的集成
Power Rectifier
New material New Structure New Mechanism
BCD工艺集成技术
SOI基BCD Process
Philips Corporation
BCD工艺集成技术
SOI基BCD Process
Wessels P, Swanenberg M, Claes J, et al. Advanced 100V, 0.13μm BCD process for next generation automotive applications. 2006 International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs, Vol.18: 197-120
Philips Corporation
目录
1 功率半导体概述 2 功率半导体发展趋势分析 3 我国功率半导体发展现状
我国功率半导体发展现状
¾普通二极管、三极管国内的自给率已经很高，但 是在高档的功率二极管，大部分还依赖进口，国 内的产品性能还有不小的差距。
¾在功率管领域，逐步有国内的企业技术水平上升 到MOS工艺，并逐步上量，进口替代已然开始。