常(chang)见(jian)功率半导(dao)体器件汇总-功率器件优缺点(dian)及市场分析(xi)-KIA MOS管
信息来源(yuan)：本站 日期：2019-10-14
电(dian)力(li)电(dian)子器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)（Power Electronic Device），又(you)称为(wei)(wei)功(gong)率半导体(ti)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)，用于电(dian)能变换和(he)电(dian)能控(kong)(kong)制电(dian)路(lu)中的(de)大功(gong)率(通常(chang)指电(dian)流为(wei)(wei)数(shu)十至数(shu)千(qian)安，电(dian)压(ya)为(wei)(wei)数(shu)百伏以上)电(dian)子器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)。可(ke)以分(fen)为(wei)(wei)半控(kong)(kong)型(xing)(xing)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)、全控(kong)(kong)型(xing)(xing)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)和(he)不可(ke)控(kong)(kong)型(xing)(xing)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)，其中晶(jing)闸管为(wei)(wei)半控(kong)(kong)型(xing)(xing)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)，承受电(dian)压(ya)和(he)电(dian)流容(rong)量在所有(you)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)中最高；电(dian)力(li)二(er)极(ji)管为(wei)(wei)不可(ke)控(kong)(kong)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)，结构和(he)原理(li)简单，工作可(ke)靠(kao)；还(hai)可(ke)以分(fen)为(wei)(wei)电(dian)压(ya)驱(qu)动(dong)型(xing)(xing)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)和(he)电(dian)流驱(qu)动(dong)型(xing)(xing)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)，其中GTO、GTR为(wei)(wei)电(dian)流驱(qu)动(dong)型(xing)(xing)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)，IGBT、电(dian)力(li)MOSFET为(wei)(wei)电(dian)压(ya)驱(qu)动(dong)型(xing)(xing)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)。
功率半导体(ti)器(qi)(qi)件(jian)(jian)是(shi)(shi)集(ji)成电路一个非常重(zhong)要(yao)的(de)组成部分(fen)，市(shi)场(chang)空间有(you)400多亿美元，从大(da)方面讲有(you)200多亿美元是(shi)(shi)功率IC，还有(you)100多亿是(shi)(shi)功率器(qi)(qi)件(jian)(jian)。手机充(chong)电器(qi)(qi)，手机当中(zhong)都会(hui)有(you)功率器(qi)(qi)件(jian)(jian)。功率器(qi)(qi)件(jian)(jian)主要(yao)的(de)部分(fen)，体(ti)量比(bi)较大(da)的(de)是(shi)(shi)IGBT。把(ba)IGBT、VDMOS做好，就是(shi)(shi)一个很(hen)好的(de)硬件(jian)(jian)厂商(shang)。IGBT模块是(shi)(shi)双子器(qi)(qi)件(jian)(jian)，它的(de)特点是(shi)(shi)频率低一点，但是(shi)(shi)能量密度稍微大(da)一点。所以像在(zai)新(xin)能源汽车，轨道交通应用得更(geng)广泛(fan)。
电力二极(ji)管：结构(gou)和原理简单，工作(zuo)可靠；
晶闸(zha)管：承受电压(ya)和电流容量在(zai)所有(you)器(qi)件中最高
IGBT：开(kai)(kai)关(guan)速(su)度(du)(du)高(gao)，开(kai)(kai)关(guan)损耗小(xiao)，具有耐脉冲电流(liu)冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高(gao)，为电压驱(qu)动，驱(qu)动功率小(xiao)；缺点：开(kai)(kai)关(guan)速(su)度(du)(du)低于电力MOSFET,电压，电流(liu)容量不及GTO
GTR：耐压高，电流大(da)，开关(guan)特性好，通流能力(li)强，饱和压降低(di)；缺点(dian)：开关(guan)速(su)度低(di)，为(wei)电流驱(qu)动，所需驱(qu)动功率大(da)，驱(qu)动电路复(fu)杂，存在二次击(ji)穿问题
GTO：电压、电流(liu)(liu)容量大，适(shi)用(yong)于大功率场合，具有电导调制效应，其通流(liu)(liu)能力很强；缺点：电流(liu)(liu)关断增益(yi)很小，关断时(shi)门极(ji)负脉冲电流(liu)(liu)大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低
电(dian)力MOSFET：开关速度快(kuai)，输(shu)入阻抗高，热(re)稳定性好，所需(xu)驱动功(gong)率(lv)小且驱动电(dian)路简单(dan)，工(gong)作(zuo)频率(lv)高，不(bu)存在二次击穿问题；缺(que)点：电(dian)流容(rong)量小，耐(nai)压(ya)低，一(yi)般只适用于功(gong)率(lv)不(bu)超过10kW的电(dian)力电(dian)子装置。
制约因素：耐压，电流容量，开关的速度
1.MCT(MOSControlledThyristor)：MOS控制晶闸管
MCT的等效电(dian)路(lu)图
MCT是(shi)一种新型MOS与(yu)双极(ji)复合型器件。如上(shang)(shang)图所示。MCT是(shi)将(jiang)MOSFET的高(gao)(gao)阻(zu)抗、低驱动图MCT的功率、快开(kai)关(guan)速(su)度的特性(xing)与(yu)晶闸(zha)管的高(gao)(gao)压(ya)、大电(dian)流特型结合在一起，形成大功率、高(gao)(gao)压(ya)、快速(su)全控型器件。实质上(shang)(shang)MCT是(shi)一个MOS门极(ji)控制的晶闸(zha)管。它可在门极(ji)上(shang)(shang)加一窄脉冲使其导通或(huo)关(guan)断，它由无数单胞并(bing)联而成。它与(yu)GTR，MOSFET，IGBT，GTO等器件相比(bi)，有如下(xia)优(you)点：
(1)电(dian)(dian)压高、电(dian)(dian)流(liu)容量大(da)(da)，阻断(duan)电(dian)(dian)压已达3000V，峰值电(dian)(dian)流(liu)达1000A，最大(da)(da)可关断(duan)电(dian)(dian)流(liu)密度(du)为(wei)6000kA/m2；
(2)通(tong)态压降小、损耗(hao)小，通(tong)态压降约为11V；
(3)极高(gao)的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达20kV/s，di/dt为2kA/s；
(4)开关(guan)(guan)速度快，开关(guan)(guan)损耗小，开通时间(jian)约200ns，1000V器件可在2s内(nei)关(guan)(guan)断；
2.IGCT(IntergratedGateCommutatedThyristors)
IGCT是在晶闸管技术的(de)基(ji)础上(shang)结合(he)IGBT和GTO等技术开发的(de)新型器(qi)件(jian)，适用于高(gao)压大容(rong)量变频系(xi)统中，是一种用于巨(ju)型电(dian)(dian)力电(dian)(dian)子成(cheng)套装(zhuang)置(zhi)中的(de)新型电(dian)(dian)力半导(dao)体器(qi)件(jian)。
IGCT是将(jiang)GTO芯片(pian)与反并(bing)联二(er)(er)极(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)和门极(ji)(ji)驱动电(dian)(dian)(dian)(dian)路集(ji)成(cheng)在(zai)(zai)一(yi)起(qi)，再与其门极(ji)(ji)驱动器在(zai)(zai)外围以低电(dian)(dian)(dian)(dian)感方式连接(jie)，结合了晶(jing)(jing)体(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan)的稳(wen)定(ding)关断能力和晶(jing)(jing)闸管(guan)(guan)(guan)低通(tong)态损(sun)耗的优点。在(zai)(zai)导通(tong)阶段发挥晶(jing)(jing)闸管(guan)(guan)(guan)的性能，关断阶段呈现晶(jing)(jing)体(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan)的特性。IGCT芯片(pian)在(zai)(zai)不串(chuan)不并(bing)的情况下，二(er)(er)电(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)逆(ni)(ni)变(bian)(bian)器功(gong)率0.5~3MW，三(san)电(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)逆(ni)(ni)变(bian)(bian)器1~6MW；若反向二(er)(er)极(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)分离，不与IGCT集(ji)成(cheng)在(zai)(zai)一(yi)起(qi)，二(er)(er)电(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)逆(ni)(ni)变(bian)(bian)器功(gong)率可扩至(zhi)4/5MW，三(san)电(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)扩至(zhi)9MW。
3.IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor)电子注入增强栅晶体管
IEGT是(shi)耐(nai)(nai)压(ya)(ya)达4kV以上的(de)(de)(de)(de)IGBT系列电(dian)(dian)(dian)力电(dian)(dian)(dian)子器(qi)件(jian)(jian)，通过(guo)采(cai)取增强注入的(de)(de)(de)(de)结构实现了低(di)通态电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)，使大容(rong)量电(dian)(dian)(dian)力电(dian)(dian)(dian)子器(qi)件(jian)(jian)取得(de)了飞跃性(xing)的(de)(de)(de)(de)发展(zhan)(zhan)。IEGT具(ju)(ju)有作(zuo)为MOS系列电(dian)(dian)(dian)力电(dian)(dian)(dian)子器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)潜在发展(zhan)(zhan)前景(jing)，具(ju)(ju)有低(di)损耗(hao)、高速动作(zuo)、高耐(nai)(nai)压(ya)(ya)、有源栅(zha)驱动智能化等特(te)点，以及采(cai)用沟(gou)槽结构和多(duo)芯片(pian)并联而自均流(liu)的(de)(de)(de)(de)特(te)性(xing)，使其在进一(yi)步(bu)扩(kuo)大电(dian)(dian)(dian)流(liu)容(rong)量方(fang)面(mian)颇具(ju)(ju)潜力。
另外，通过模(mo)块封装方式还(hai)可提供众(zhong)多派生产品，在大、中容(rong)量(liang)变换器应用中被(bei)寄予厚望(wang)。日本东芝开发的IECT利用了电子注入(ru)增(zeng)强(qiang)效应，使之兼(jian)有IGBT和GTO两者的优点:低饱和压(ya)降(jiang)，安全工(gong)作区(吸收回(hui)路容(rong)量(liang)仅为GTO的十分(fen)之一左(zuo)右(you))，低栅极驱动功率(比GTO低两个数量(liang)级)和较高(gao)的工(gong)作频(pin)率。器件采用平(ping)板压(ya)接式电机引出结构，可靠性(xing)高(gao)，性(xing)能已经达到4.5kV/1500A的水平(ping)。
4.IPEM(IntergratedPowerElactronicsModules):集成电力电子模块
IPEM是将(jiang)电(dian)(dian)力(li)(li)电(dian)(dian)子装(zhuang)置的(de)诸(zhu)多器件集(ji)成在(zai)(zai)一(yi)起的(de)模块。它(ta)首先是将(jiang)半导体器件MOSFET，IGBT或MCT与二(er)极管(guan)的(de)芯片封(feng)装(zhuang)在(zai)(zai)一(yi)起组(zu)成一(yi)个积木单(dan)元，然后将(jiang)这些积木单(dan)元迭装(zhuang)到开孔的(de)高电(dian)(dian)导率的(de)绝缘(yuan)陶瓷衬底上，在(zai)(zai)它(ta)的(de)下(xia)面(mian)依次是铜基板、氧化铍瓷片和(he)散热(re)片。在(zai)(zai)积木单(dan)元的(de)上部(bu)，则通过表面(mian)贴装(zhuang)将(jiang)控制电(dian)(dian)路(lu)、门极驱动、电(dian)(dian)流和(he)温度传(chuan)感器以及保护(hu)电(dian)(dian)路(lu)集(ji)成在(zai)(zai)一(yi)个薄绝缘(yuan)层上。IPEM实现(xian)了电(dian)(dian)力(li)(li)电(dian)(dian)子技术(shu)的(de)智能化和(he)模块化，大大降(jiang)低(di)了电(dian)(dian)路(lu)接线电(dian)(dian)感、系(xi)统(tong)噪声(sheng)和(he)寄生振荡，提高了系(xi)统(tong)效率及可靠性。
5.PEBB(PowerElectricBuildingBlock)
电(dian)力电(dian)子积木PEBB(PowerElectricBuildingBlock)是(shi)在(zai)IPEM的(de)基础(chu)上发展起来的(de)可处理电(dian)能集成的(de)器(qi)(qi)件或模(mo)块。PEBB并(bing)不是(shi)一种特定(ding)的(de)半导(dao)体器(qi)(qi)件，它是(shi)依照最优的(de)电(dian)路(lu)(lu)结构(gou)和(he)系统结构(gou)设计(ji)的(de)不同(tong)器(qi)(qi)件和(he)技术的(de)集成。典型(xing)的(de)PEBB上图所(suo)示(shi)。虽然它看起来很像功率半导(dao)体模(mo)块，但PEBB除了包(bao)括功率半导(dao)体器(qi)(qi)件外，还包(bao)括门极驱动(dong)电(dian)路(lu)(lu)、电(dian)平转换、传感器(qi)(qi)、保护电(dian)路(lu)(lu)、电(dian)源和(he)无源器(qi)(qi)件。
PEBB有能量(liang)接(jie)口(kou)和(he)通讯接(jie)口(kou)。通过(guo)这两种接(jie)口(kou)，几(ji)个(ge)(ge)PEBB可以(yi)组成(cheng)电力(li)电子系统(tong)。这些系统(tong)可以(yi)像小型(xing)的(de)(de)DC-DC转换器一(yi)样(yang)简单，也可以(yi)像大型(xing)的(de)(de)分布式电力(li)系统(tong)那样(yang)复杂。一(yi)个(ge)(ge)系统(tong)中，PEBB的(de)(de)数量(liang)可以(yi)从一(yi)个(ge)(ge)到任意多个(ge)(ge)。多个(ge)(ge)PEBB模块(kuai)一(yi)起工作可以(yi)完(wan)成(cheng)电压转换、能量(liang)的(de)(de)储存和(he)转换、阴抗匹(pi)配(pei)等系统(tong)级功能，PEBB最重要的(de)(de)特点就是其通用性。
6．超大功率晶闸管
晶闸(zha)(zha)管(guan)（SCR）自问世(shi)以来(lai)，其功(gong)率容量(liang)提高(gao)(gao)了近(jin)3000倍。现(xian)在许多国家已能(neng)稳定生产8kV/4kA的(de)(de)晶闸(zha)(zha)管(guan)。日本现(xian)在已投产8kV/4kA和(he)6kV/6kA的(de)(de)光触(chu)发(fa)(fa)晶闸(zha)(zha)管(guan)(LTT)。美国和(he)欧洲主(zhu)要(yao)生产电(dian)触(chu)发(fa)(fa)晶闸(zha)(zha)管(guan)。近(jin)十几年来(lai)，由(you)于(yu)自关(guan)断器件的(de)(de)飞(fei)速发(fa)(fa)展(zhan)，晶闸(zha)(zha)管(guan)的(de)(de)应(ying)用领域(yu)有(you)所缩小，但(dan)是，由(you)于(yu)它(ta)(ta)的(de)(de)高(gao)(gao)电(dian)压(ya)、大(da)电(dian)流特性，它(ta)(ta)在HVDC、静止无功(gong)补(bu)偿（SVC）、大(da)功(gong)率直流电(dian)源及超(chao)大(da)功(gong)率和(he)高(gao)(gao)压(ya)变(bian)频调速应(ying)用方(fang)面仍占有(you)十分(fen)重要(yao)的(de)(de)地位。预计在今后若(ruo)干年内，晶闸(zha)(zha)管(guan)仍将在高(gao)(gao)电(dian)压(ya)、大(da)电(dian)流应(ying)用场合(he)得到继续发(fa)(fa)展(zhan)。
现在(zai)(zai)，许多生(sheng)产(chan)商(shang)可(ke)提供额(e)定开关(guan)功率36MVA(6kV/6kA)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高压大(da)电(dian)(dian)(dian)流(liu)GTO。传统GTO的(de)(de)(de)(de)(de)(de)典型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)关(guan)断(duan)(duan)增量仅(jin)为(wei)(wei)(wei)3～5。GTO关(guan)断(duan)(duan)期间(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不均匀性(xing)引起的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“挤流(liu)效(xiao)应”使(shi)其在(zai)(zai)关(guan)断(duan)(duan)期间(jian)dv/dt必须(xu)限制在(zai)(zai)500～1kV/μs。为(wei)(wei)(wei)此，人们不得(de)不使(shi)用(yong)体(ti)积(ji)大(da)、昂贵的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸收电(dian)(dian)(dian)路。另外它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)门极驱动电(dian)(dian)(dian)路较复杂(za)和要求较大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)驱动功率。到目前(qian)为(wei)(wei)(wei)止(zhi)，在(zai)(zai)高压（VBR>3.3kV)、大(da)功率（0.5～20MVA）牵引、工(gong)业和电(dian)(dian)(dian)力(li)逆变器中(zhong)应用(yong)得(de)最为(wei)(wei)(wei)普遍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是门控功率半导体(ti)器件。目前(qian)，GTO的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最高研究水平为(wei)(wei)(wei)6in、6kV/6kA以(yi)(yi)及9kV/10kA。为(wei)(wei)(wei)了满足电(dian)(dian)(dian)力(li)系统对1GVA以(yi)(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)三相逆变功率电(dian)(dian)(dian)压源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)需(xu)要，近期很有可(ke)能开发出10kA/12kV的(de)(de)(de)(de)(de)(de)GTO，并有可(ke)能解决30多个高压GTO串(chuan)联(lian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)技术(shu)，可(ke)望(wang)使(shi)电(dian)(dian)(dian)力(li)电(dian)(dian)(dian)子技术(shu)在(zai)(zai)电(dian)(dian)(dian)力(li)系统中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)应用(yong)方面再(zai)上(shang)一个台阶。
7.脉冲功率闭合开关晶闸管
该器(qi)件特别(bie)适(shi)用(yong)于(yu)传(chuan)送极(ji)强(qiang)的(de)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)（数MW）、极(ji)短的(de)持续时间（数ns）的(de)放电(dian)(dian)闭合(he)开关应用(yong)场合(he)，如(ru)：激(ji)光器(qi)、高强(qiang)度照明、放电(dian)(dian)点火、电(dian)(dian)磁发射器(qi)和雷达调制器(qi)等(deng)。该器(qi)件能在数kV的(de)高压下快速开通，不需要放电(dian)(dian)电(dian)(dian)极(ji)，具有很长(zhang)的(de)使用(yong)寿命(ming)，体积小、价格比较低，可望(wang)取代目前尚在应用(yong)的(de)高压离子闸流管(guan)、引燃管(guan)、火花(hua)间隙开关或真空(kong)开关等(deng)。
该(gai)(gai)器(qi)件(jian)独特(te)的(de)(de)结(jie)(jie)构(gou)和(he)工艺特(te)点是(shi)：门-阴(yin)极周界很(hen)长并(bing)形(xing)成高度(du)交织的(de)(de)结(jie)(jie)构(gou)，门极面(mian)积(ji)占(zhan)芯(xin)片总面(mian)积(ji)的(de)(de)90%，而阴(yin)极面(mian)积(ji)仅占(zhan)10%；基区(qu)空穴-电(dian)子寿命很(hen)长，门-阴(yin)极之间的(de)(de)水平距离小于一个(ge)扩散(san)长度(du)。上述两个(ge)结(jie)(jie)构(gou)特(te)点确保(bao)了该(gai)(gai)器(qi)件(jian)在开通瞬间，阴(yin)极面(mian)积(ji)能得到100%的(de)(de)应用。此外(wai)，该(gai)(gai)器(qi)件(jian)的(de)(de)阴(yin)极电(dian)极采用较(jiao)厚的(de)(de)金(jin)属层，可(ke)承受瞬时峰值电(dian)流。
8.新型GTO器件-集成门极换流晶闸管
当前已有两种常规(gui)GTO的替代品:高(gao)功率(lv)(lv)的IGBT模(mo)块、新(xin)型GTO派生器(qi)件(jian)(jian)-集成门极换流IGCT晶闸管。IGCT晶闸管是一种新(xin)型的大功率(lv)(lv)器(qi)件(jian)(jian)，与常规(gui)GTO晶闸管相(xiang)比(bi)，它(ta)具有许多(duo)优良的特性，例如，不用缓(huan)冲电(dian)(dian)路能(neng)实现可(ke)靠关(guan)断、存贮时间短、开通能(neng)力强、关(guan)断门极电(dian)(dian)荷少和应用系统（包括所有器(qi)件(jian)(jian)和外围部件(jian)(jian)如阳(yang)极电(dian)(dian)抗器(qi)和缓(huan)冲电(dian)(dian)容器(qi)等）总的功率(lv)(lv)损耗(hao)低等。
9．高功率沟槽栅结构IGBT(TrenchIGBT)模块
当(dang)今高(gao)(gao)(gao)功率(lv)IGBT模块中(zhong)的IGBT元胞(bao)通常(chang)多采用沟(gou)槽栅结(jie)构(gou)(gou)(gou)IGBT。与(yu)平面栅结(jie)构(gou)(gou)(gou)相(xiang)比，沟(gou)槽栅结(jie)构(gou)(gou)(gou)通常(chang)采用1μm加(jia)工精(jing)度，从而(er)大(da)大(da)提高(gao)(gao)(gao)了(le)(le)元胞(bao)密度。由于门(men)极沟(gou)的存(cun)在，消(xiao)除了(le)(le)平面栅结(jie)构(gou)(gou)(gou)器(qi)件(jian)(jian)中(zhong)存(cun)在的相(xiang)邻元胞(bao)之间形成的结(jie)型场效应晶体管效应，同时引入了(le)(le)一定的电(dian)(dian)子注入效应，使得导通电(dian)(dian)阻下降(jiang)。为增(zeng)加(jia)长基(ji)区厚度、提高(gao)(gao)(gao)器(qi)件(jian)(jian)耐压(ya)创造了(le)(le)条件(jian)(jian)。所以近几年来(lai)出现(xian)的高(gao)(gao)(gao)耐压(ya)大(da)电(dian)(dian)流IGBT器(qi)件(jian)(jian)均(jun)采用这种结(jie)构(gou)(gou)(gou)。
10.电子注入增强栅晶体管IEGT(InjecTIonEnhancedGateTrangistor)
近年来，日本(ben)东芝公司开发(fa)了(le)IEGT，与IGBT一样(yang)，它也分平面栅和(he)(he)沟槽栅两(liang)种结构，前者(zhe)的(de)产品(pin)即将(jiang)问(wen)世，后者(zhe)尚在研制(zhi)中。IEGT兼有IGBT和(he)(he)GTO两(liang)者(zhe)的(de)某些优点：低的(de)饱(bao)和(he)(he)压(ya)降，宽的(de)安全工作(zuo)区（吸收回路容量仅为GTO的(de)1/10左右)，低的(de)栅极(ji)驱动(dong)功率（比(bi)GTO低2个数量级）和(he)(he)较(jiao)高(gao)的(de)工作(zuo)频率。加之该器件采用了(le)平板压(ya)接式电(dian)极(ji)引出结构，可望(wang)有较(jiao)高(gao)的(de)可靠(kao)性。
与IGBT相比(bi)，IEGT结构的(de)主要特(te)点是栅极(ji)长(zhang)度(du)Lg较长(zhang)，N长(zhang)基(ji)区(qu)(qu)近(jin)栅极(ji)侧(ce)(ce)的(de)横(heng)向(xiang)电(dian)阻值(zhi)较高(gao)(gao)，因(yin)此从集电(dian)极(ji)注入N长(zhang)基(ji)区(qu)(qu)的(de)空穴(xue)，不像在IGBT中(zhong)(zhong)那样，顺利地横(heng)向(xiang)通过P区(qu)(qu)流(liu)入发(fa)射极(ji)，而(er)是在该区(qu)(qu)域(yu)形(xing)成(cheng)一层空穴(xue)积累(lei)层。为了(le)保持该区(qu)(qu)域(yu)的(de)电(dian)中(zhong)(zhong)性(xing)，发(fa)射极(ji)必(bi)须通过N沟道向(xiang)N长(zhang)基(ji)区(qu)(qu)注入大量的(de)电(dian)子。这样就使N长(zhang)基(ji)区(qu)(qu)发(fa)射极(ji)侧(ce)(ce)也形(xing)成(cheng)了(le)高(gao)(gao)浓度(du)载(zai)流(liu)子积累(lei)，在N长(zhang)基(ji)区(qu)(qu)中(zhong)(zhong)形(xing)成(cheng)与GTO中(zhong)(zhong)类似的(de)载(zai)流(liu)子分布，从而(er)较好地解决了(le)大电(dian)流(liu)、高(gao)(gao)耐压的(de)矛盾。目(mu)前该器(qi)件已达到4.5kV/1kA的(de)水平。
11.MOS门控晶闸管
MOS门极控(kong)制晶闸(zha)管(guan)充分地(di)利用晶闸(zha)管(guan)良好的(de)(de)(de)通态特(te)性(xing)(xing)(xing)、优良的(de)(de)(de)开通和关断特(te)性(xing)(xing)(xing)，可(ke)(ke)望(wang)具有(you)优良的(de)(de)(de)自关断动态特(te)性(xing)(xing)(xing)、非常(chang)低的(de)(de)(de)通态电压(ya)降和耐高压(ya)，成为(wei)将来在电力(li)装置和电力(li)系(xi)统中(zhong)有(you)发展前途的(de)(de)(de)高压(ya)大(da)功(gong)率器件。目前世界(jie)上有(you)十(shi)几家公司在积极开展对(dui)MCT的(de)(de)(de)研究(jiu)。MOS门控(kong)晶闸(zha)管(guan)主要有(you)三种结构：MOS场控(kong)晶闸(zha)管(guan)（MCT）、基极电阻控(kong)制晶闸(zha)管(guan)(BRT)及射极开关晶闸(zha)管(guan)(EST)。其中(zhong)EST可(ke)(ke)能(neng)是MOS门控(kong)晶闸(zha)管(guan)中(zhong)最有(you)希(xi)望(wang)的(de)(de)(de)一(yi)种结构。但是，这种器件要真(zhen)正(zheng)成为(wei)商业化的(de)(de)(de)实用器件，达(da)到取代GTO的(de)(de)(de)水平(ping)，还需要相(xiang)当长的(de)(de)(de)一(yi)段时(shi)间(jian)。
12.砷化镓二极管
随(sui)着变换器开(kai)关频(pin)率的(de)不断提高(gao)(gao)，对(dui)快恢复(fu)二(er)(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)的(de)要求也(ye)随(sui)之提高(gao)(gao)。众所(suo)周知，具(ju)有比硅(gui)二(er)(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)优越的(de)高(gao)(gao)频(pin)开(kai)关特性(xing)(xing)，但是由于工艺技(ji)术等(deng)方面的(de)原因，砷化(hua)镓二(er)(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)的(de)耐压较低，实际(ji)应用受到局限。为适应高(gao)(gao)压、高(gao)(gao)速、高(gao)(gao)效率和低EMI应用需要，高(gao)(gao)压砷化(hua)镓高(gao)(gao)频(pin)整流(liu)二(er)(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)已在Motorola公司研制成(cheng)功。与(yu)硅(gui)快恢复(fu)二(er)(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)相比，这种新型(xing)二(er)(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)的(de)显(xian)著特点是：反向漏(lou)电流(liu)随(sui)温(wen)度变化(hua)小、开(kai)关损耗(hao)低、反向恢复(fu)特性(xing)(xing)好。
在用新型半导(dao)(dao)体材料制成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)功率(lv)器(qi)(qi)件中，最有(you)(you)(you)希(xi)望的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是碳化硅(gui)(gui)(SiC)功率(lv)器(qi)(qi)件。它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)能指(zhi)标比(bi)(bi)砷化镓器(qi)(qi)件还(hai)要(yao)高(gao)(gao)一个(ge)数量级，碳化硅(gui)(gui)与其他半导(dao)(dao)体材料相(xiang)比(bi)(bi)，具有(you)(you)(you)下列优(you)异的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物理(li)特点:高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)禁带宽度(du)，高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)饱(bao)和(he)电(dian)子漂移速度(du)，高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)击穿强度(du)，低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)介电(dian)常(chang)数和(he)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)热导(dao)(dao)率(lv)。上述(shu)这(zhei)些(xie)优(you)异的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物理(li)特性(xing)(xing)，决定了碳化硅(gui)(gui)在高(gao)(gao)温、高(gao)(gao)频(pin)率(lv)、高(gao)(gao)功率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)应用场(chang)合(he)是极为理(li)想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)半导(dao)(dao)体材料。在同样的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)压和(he)电(dian)流条件下，SiC器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)漂移区电(dian)阻要(yao)比(bi)(bi)硅(gui)(gui)低(di)200倍，即使高(gao)(gao)耐(nai)压的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)SiC场(chang)效应管的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)导(dao)(dao)通压降，也比(bi)(bi)单(dan)极型、双极型硅(gui)(gui)器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)低(di)得多。而且，SiC器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)开关(guan)时间可达10nS量级，并具有(you)(you)(you)十分优(you)越的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)FBSOA。
SiC可以用(yong)来制(zhi)造(zao)射(she)频和微波功率器件，各种高频整(zheng)流器，MESFETS、MOSFETS和JFETS等。
VDMOS在(zai)2017年的(de)(de)(de)(de)Yole统计报告当中(zhong)，市场空间(jian)有60亿美元，这里面大(da)(da)部(bu)分是(shi)(shi)40v以下的(de)(de)(de)(de)设备。从市场份(fen)额(e)来看，我们关(guan)心的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)汽(qi)车电子，不管是(shi)(shi)增长(zhang)(zhang)率和(he)(he)市场份(fen)额(e)，都是(shi)(shi)最大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)。其次是(shi)(shi)计算(suan)机和(he)(he)存储，它(ta)的(de)(de)(de)(de)市场份(fen)额(e)特别大(da)(da)。但(dan)是(shi)(shi)因(yin)为PC的(de)(de)(de)(de)发(fa)(fa)展比较(jiao)慢，所以它(ta)的(de)(de)(de)(de)增长(zhang)(zhang)率比较(jiao)小。另外是(shi)(shi)网络通讯，虽然现在(zai)来看市场份(fen)额(e)不大(da)(da)，但(dan)是(shi)(shi)增长(zhang)(zhang)率很快，基本上和(he)(he)汽(qi)车电子一样。大(da)(da)家知道在(zai)通讯行(xing)业(ye)我们国家还可以，比如华为和(he)(he)中(zhong)兴在(zai)通讯行(xing)业(ye)是(shi)(shi)第(di)一位和(he)(he)第(di)四位，所以伴(ban)随着整机器件的(de)(de)(de)(de)发(fa)(fa)展，国内应该有很好的(de)(de)(de)(de)发(fa)(fa)展。
在2016年的(de)(de)(de)(de)统计报告当中(zhong)，关于(yu)(yu)功率器(qi)件市场份额(e)和一(yi)(yi)(yi)些(xie)(xie)重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)参与者，实际上0到(dao)40V体量(liang)是(shi)(shi)最大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)。因(yin)(yin)为(wei)(wei)只要(yao)(yao)是(shi)(shi)手(shou)持(chi)器(qi)件，像数码相机(ji)、手(shou)机(ji)这(zhei)些(xie)(xie)东西用量(liang)非常(chang)大(da)(da)，它的(de)(de)(de)(de)市场份额(e)非常(chang)高。下面是(shi)(shi)40V到(dao)100V，这(zhei)个为(wei)(wei)什么高呢(ni)？是(shi)(shi)因(yin)(yin)为(wei)(wei)做(zuo)到(dao)了汽车，汽车电源是(shi)(shi)12V，很(hen)(hen)多是(shi)(shi)60到(dao)100V之间(jian)。大(da)(da)于(yu)(yu)400V这(zhei)一(yi)(yi)(yi)部分统称为(wei)(wei)高压器(qi)件。谁是(shi)(shi)重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)参与者呢(ni)？从第(di)一(yi)(yi)(yi)到(dao)十(shi)的(de)(de)(de)(de)排名，基本上没(mei)有中(zhong)国厂商。客观来(lai)说，数到(dao)十(shi)五，中(zhong)国厂商也(ye)很(hen)(hen)难排进去。第(di)一(yi)(yi)(yi)名是(shi)(shi)很(hen)(hen)老(lao)牌的(de)(de)(de)(de)厂商，之前他(ta)的(de)(de)(de)(de)份额(e)没(mei)那么多，三年前他(ta)收(shou)购了一(yi)(yi)(yi)个重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)厂商。第(di)二位(wei)是(shi)(shi)On Semi，所(suo)以整个来(lai)看，细分市场里面，欧美(mei)日(ri)把持(chi)了大(da)(da)部分厂家(jia)。
从VDMOS再(zai)细分一(yi)下，就是(shi)(shi)汽车(che)电(dian)子，这个市(shi)场在(zai)2018年是(shi)(shi)14亿美金(jin)，增长(zhang)比例每年逐渐增加(jia)的(de)。前十(shi)(shi)位里(li)面依然(ran)没(mei)有(you)中国(guo)厂(chang)家。另外一(yi)个市(shi)场份额比较大的(de)领域，是(shi)(shi)计算和存(cun)储(chu)市(shi)场，2018年的(de)市(shi)场份额是(shi)(shi)14亿美元。但因(yin)为(wei)PC发展缓慢，是(shi)(shi)一(yi)个平稳的(de)状态。即使(shi)这样，在(zai)这个非常大的(de)市(shi)场领域前十(shi)(shi)名，也仍然(ran)没(mei)有(you)中国(guo)厂(chang)家。严(yan)格来说(shuo)，15位也没(mei)有(you)。我们一(yi)直说(shuo)是(shi)(shi)中国(guo)是(shi)(shi)制造大国(guo)，不(bu)是(shi)(shi)制造强国(guo)，因(yin)为(wei)在(zai)高端(duan)制造业(ye)当(dang)中，是(shi)(shi)找不(bu)到(dao)中国(guo)厂(chang)商的(de)。
再看另外一(yi)种非常(chang)(chang)重(zhong)要(yao)的(de)功率器件(jian)IGBT。IGBT总体市场(chang)是在(zai)(zai)2018年(nian)开始接近50亿美元，重(zhong)要(yao)的(de)参(can)与者我们也列了(le)一(yi)下。IGBT的(de)电压非常(chang)(chang)广(guang)，从400V到(dao)6500V都有应用，因(yin)此很难(nan)有厂(chang)家独吞一(yi)个市场(chang)，所(suo)以厂(chang)家选(xuan)自己(ji)擅长(zhang)的(de)领域做。这是第一(yi)梯(ti)(ti)(ti)队(dui)、第二梯(ti)(ti)(ti)队(dui)、第三(san)梯(ti)(ti)(ti)队(dui)。第一(yi)梯(ti)(ti)(ti)队(dui)仍(reng)然是infineon、三(san)菱，轨(gui)道交通被ABB垄断，所(suo)以很难(nan)见到(dao)中国厂(chang)商。只是在(zai)(zai)4500V领域把中车放进去了(le)，但严格(ge)来说中车没有大批量量产IGBT。所(suo)以整体在(zai)(zai)IGBT这么大的(de)市场(chang)里面，中国的(de)参(can)与度也比较低。
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