發(fā)展功率半導體產(chǎn)業(yè)迫在眉睫

　　功率半導體器件的主要應用領(lǐng)域是開(kāi)關(guān)電源、電機驅動(dòng)與調速、UPS等等。因為這些裝置都需輸出一定的功率給予用電器，所以電路中必須使用功率半導體。功率半導體的另一重要應用領(lǐng)域是發(fā)電、變電與輸電，這就是原本意義上的電力電子。任何電器設備都需要電源(盡管有些設備電源是內置在機箱中)，任何用電機的設備都需要電機驅動(dòng)(小至計算機風(fēng)扇和家電，大至礦山機械、電氣機車(chē)、軋鋼機等等)。

功率半導體擔當節能重任

　　功率半導體已在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域和國防工業(yè)中無(wú)所不在?？梢杂孟旅娴谋扔鱽?lái)說(shuō)明功率半導體的重要性。若用一臺電器比喻一個(gè)人，大規模集成電路的作用是接受和處理信息，好比人的大腦，功率半導體的作用之一是構成電源為機器提供能量，這好比人的心臟；功率半導體的另一個(gè)作用執行大腦的指令去驅動(dòng)電機進(jìn)行所需的工作，這好比人的四肢。因此，功率半導體與大規模集成電路這兩類(lèi)半導體器件是同等重要而不能相互取代的。

　　我國當前發(fā)展功率半導體的首要意義在于節約電能。為解決能源短缺的問(wèn)題，除了“開(kāi)源”之外，“節流”的潛力也是十分巨大的，而節流的首要措施就是功率半導體的發(fā)展及推廣其應用。例如，據權威部門(mén)統計，我國用于電機的電能占我國總發(fā)電量的60%多。如果全國電機的驅動(dòng)都采用功率半導體進(jìn)行變頻調速就可以節能大約1/4到1/3，也就是說(shuō)可節約全國總發(fā)電量的15%至20%。這是多么驚人的數字。

　　功率半導體是信息產(chǎn)品、計算機、消費電子和汽車(chē)這4C產(chǎn)業(yè)的基礎產(chǎn)品，這是功率半導體迅速發(fā)展的另一個(gè)重要驅動(dòng)力。舉例來(lái)說(shuō)，計算機和網(wǎng)絡(luò )存儲器的CPU電源是由幾十安培乃至幾萬(wàn)安培的功率半導體構成，功率半導體的改進(jìn)(例如提高頻率)可以顯著(zhù)減小電源的能耗和減小設備的體積；每輛汽車(chē)有十幾個(gè)乃至幾十個(gè)由功率半導體控制的電機，甚至連電子點(diǎn)火都是功率半導體；家電的冰箱、空調、洗衣機等都依賴(lài)功率半導體變頻調速來(lái)節能并舒適化；手機是用功率半導體進(jìn)行電源管理。功率半導體還是用信息技術(shù)改進(jìn)傳統產(chǎn)業(yè)的擔當者，信息電路發(fā)出的指令必須經(jīng)過(guò)功率半導體變成功率信號才能帶動(dòng)電機的使用。當前，用于4C產(chǎn)業(yè)的功率半導體已占功率半導體總量的70%多。

我國功率器件產(chǎn)業(yè)須奮起直追

　　國際上功率半導體的制造作為一個(gè)重要的技術(shù)領(lǐng)域一直在迅速發(fā)展。上世紀80年代是國際發(fā)展的重要分水嶺：功率半導體由電流控制發(fā)展到電壓控制，由低頻發(fā)展到高頻，由粗放的臺面制造工藝發(fā)展到精細光刻的平面制造工藝。80年代以前主要功率半導體器件是晶閘管(在美國稱(chēng)作可控硅SCR)、柵極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、雙極功率晶體管(功率BJT，曾用GTR的名稱(chēng))以及與之配套的開(kāi)關(guān)速度較慢的功率二極管。這一代功率開(kāi)關(guān)的共同缺點(diǎn)是柵極需要電流驅動(dòng)，驅動(dòng)電路技術(shù)復雜、功耗大、成本高、使用不便。它們的另一缺點(diǎn)是工作頻率低，所需要的配套電感、電容、變壓器等體積大，從而使得設備笨重，能耗高。80年代國際上功率半導體發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的階段，發(fā)展出了功率金屬-氧化物-半導體場(chǎng)效應晶體管(功率VD-MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，立即成為功率半導體器件的主流，因為它們克服了以前的功率半導體器件的缺點(diǎn)。它們的柵極用電壓驅動(dòng)，驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單、成本低、功耗小、易于使用。其次是它們都能在幾十千赫以上的高頻工作，可以非常顯著(zhù)地降低電力電子設備的體積、重量、制造成本和能耗。

　　當前，在國際上功率半導體領(lǐng)域中1980年以后發(fā)展起來(lái)的新型功率半導體器件約占4/5以上，而以前的傳統功率半導體只剩下不到1/5的份額。尤其需要指出的是，1980年后發(fā)展起來(lái)現代高頻功率半導體器件VD-MOSFET、IGBT、平面型快恢復功率二極管和功率集成電路都是用精細光刻和平面工藝技術(shù)，使用的設備和工藝線(xiàn)的要求與集成電路基本相同，即超凈廠(chǎng)房、精細光刻、離子注入摻雜、各種CVD技術(shù)(多晶硅、氮化硅、二氧化硅等)等等，高耐壓的實(shí)現是依靠場(chǎng)板、場(chǎng)環(huán)而不再需要腐蝕臺面。這些制造設備與設計技術(shù)完全不同于用臺面技術(shù)和粗放光刻的晶閘管、臺面二極管、功率BJT的制造。

　　目前，我國功率半導體企業(yè)生產(chǎn)條件和產(chǎn)品大都停留在國外上世紀70年代的水平。有個(gè)別集成電路企業(yè)制造一些小電流低檔老產(chǎn)品的VD-MOSFET，IGBT、平面型快恢復和超快恢復二極管完全不能制造。因此，我國市場(chǎng)用的功率器件約90%依賴(lài)進(jìn)口，其余約10%低檔產(chǎn)品是自己制造的。

　　中國在不久將成為功率半導體的世界第一大市場(chǎng)，根據國際權威機構預測，2011年功率半導體在中國市場(chǎng)的銷(xiāo)售量將占世界整個(gè)市場(chǎng)的50%，每年接近200億美元。如前所述，功率半導體的應用已遍及各領(lǐng)域(包括軍工)無(wú)所不在，我國的現代化、信息化和國家安全都要求我國自主發(fā)展功率半導體產(chǎn)業(yè)。