三代半导体功率器件的特点与应用分析

专家论坛 三代半导体功率器件的特点与应用分析

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郑　新

(南京电子技术研究所,　南京210013)

【摘要】　以Si双极型功率晶体管为代表的第一代半导体功率器件和以GaA s场效应晶体管为代表的第二代半导体功率器件为雷达发射机的大规模固态化和可靠性提高做出了贡献。近年来以Si C场效应功率晶体管和Ga N高电子迁移率功率晶体管为代表的第三代半导体--宽禁带半导体功率器件具有击穿电压高、功率密度高、输出功率高、工作效率高、工作频率高、瞬时带宽宽、适合在高温环境下工作和抗辐射能力强等优点。人们寄希望于宽禁带半导体功率器件来解决第一代、第二代功率器件的输出功率低、效率低和工作频率有局限性以至于无法满足现代雷达、电子对抗和通信等电子装备需求等方面的问题。文中简要介绍了半导体功率器件的发展背景、发展过程、分类、特点、应用、主要性能参数和几种常用的半导体功率器件;重点叙述了宽禁带半导体功率器件的特点、优势、研究进展和工程应用;对宽禁带半导体功率器件在新一代雷达中的应用前景和要求进行了探讨。

【关键词】　宽禁带半导体;功率器件;雷达发射机

中图分类号:T N72 文献标识码:A

Character isti cs and Appli ca ti on Ana lysis of

Sem i conductor Power D ev i ces for Three Genera ti on s

ZHENG Xin

(Nanjing Research I nstitute of Electr onics Technol ogy,　Nanjing210013,China)【Abstract】　The silicon bi polar power transist or and Ga A s FET,which rep resent the first generati on and the second genera2 ti on se m iconduct or power devices res pectively,have made signficant contributi onxs t o large scale s olidificati on and reliability i m2 p r ove ment of radar trans m itters.I n recent years,Si C FET power transist or and Ga N high electr on movability power transist or rep re2 sent the third generati on se m iconduct or-wide bandgap se m iconduct or power devices,have advantages of high breakdown voltage, high power density,as well as high out put power,high operati on efficiency,high operati on frequency,wide instant aneous band2 width,operati on in high te mperature envir on ment and str ong ability of resisting radiati on.It is expected that the wide bandgap se m2 iconduct or power devices would res olve the p r oble m s of l os out put power,l ow efficiency and li m ited operati on frequency of first and second generati on power deviceswhich can nog meet the electr onic equi pment requirements of modern radar,EC M and communica2 ti on.This paper intr oduces briefly the sem iconduct or power devices devel opment backgr ound,devel opment p r ocess,classificati on, characteristics,app licati ons,main perfor mance parameters and several se m iconduct or power devices in common use.The charac2 teristics,advantages,state of art status and engineering app licati ons of wide bandgap se m iconduct or power devices are e mphasized.

The app licati on p r os pect and requirements of wide bandgap se m iconduct or power devices in next generati on radar are discussed t oo.

【Key words】wide bandgap se m iconduct or;power device;radar trans m itter

0　引　言

半导体器件发展和应用的几次飞跃都是与同时期几种半导体材料的出现密切相关。首先,Si可以说是半导体的源泉,第1代半导体的代表Si材料的发现使半导体在微电子领域的应用获得突破性进展,日用家电和计算机的广泛应用都应该归功于硅材料的出现。第2代半导体的代表Ga A s材料的研究使半导体的应用进人光电子学领域,利用砷化镓材料及与其类似的一些化合物半导体,如I nP、I nGaP、A sGaP、A sGa I n、NaP 等,制造出的发光二极管和半导体激光器在光通信和光信息处理等领域起到了不可替代的作用,由此也带来了VCD和多媒体等的飞速发展[1]。

近年来第3代半导体———宽禁带半导体的代表Si C、Ga N和金刚石等半导体的研究又一次使半导体在微电子领域和光电子学领域的应用获得了突破性进展。Si C,Ga N,金刚石等宽禁带半导体材料具有优异的物理化学特性和潜在的技术优势,早在20世纪50年代就已经被人们发现并开始研究,但由于工艺技术的限制,难以解决材料生产和晶片加工的问题,直到

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第30卷　第7期

　2008年7月

现代雷达

Modern Radar

Vol.30

　No.7

July2008

3收稿日期:2008202222