常見(jiàn)的幾種功率半導體器件有哪些？

我們知道功率器件是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，它利用半導體單向導電的特性，改變電子裝置中電壓、頻率、相位和直流交流轉換等功能。根據可控性和其他使用因素，功率器件分成了很多種類(lèi)別，其中常見(jiàn)的分類(lèi)有：

MOS控制晶閘管MCT（MOS Controlled Thyristor）

MCT是一種新型MOS與雙極復合型器件。MCT是將MOSFET的高阻抗、低驅動(dòng)圖MCT的功率、快開(kāi)關(guān)速度的特性與晶閘管的高壓、大電流特型結合在一起，形成大功率、高壓、快速全控型器件。實(shí)質(zhì)上MCT是一個(gè)MOS門(mén)極控制的晶閘管。它可在門(mén)極上加一窄脈沖使其導通或關(guān)斷，它由無(wú)數單胞并聯(lián)而成。

IGCT集成門(mén)極換流晶閘管（Intergrated Gate Commutated Thyristors）

IGCT是在晶閘管技術(shù)的基礎上結合IGBT和GTO等技術(shù)開(kāi)發(fā)的新型器件，具有電流大、阻斷電壓高、開(kāi)關(guān)頻率高、可靠性高、結構緊湊、低導通損耗等特點(diǎn)。是一種用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導體器件，適用于高壓大容量變頻系統，而且造成本低，成品率高，有很好的應用前景。

IGCT是將GTO芯片與反并聯(lián)二極管和門(mén)極驅動(dòng)電路集成在一起，再與其門(mén)極驅動(dòng)器在外圍以低電感方式連接，結合了晶體管的穩定關(guān)斷能力和晶閘管低通態(tài)損耗的優(yōu)點(diǎn)。在導通階段發(fā)揮晶閘管的性能，關(guān)斷階段呈現晶體管的特性。

集成電力電子模塊IPEM（Intergrated Power Elactronics Modules）

IPEM是將電力電子裝置的諸多器件集成在一起的模塊。它首先是將半導體器件MOSFET，IGBT或MCT與二極管的芯片封裝在一起組成一個(gè)積木單元，然后將這些積木單元迭裝到開(kāi)孔的高電導率的絕緣陶瓷襯底上，在它的下面依次是銅基板、氧化鈹瓷片和散熱片。在積木單元的上部，則通過(guò)表面貼裝將控制電路、門(mén)極驅動(dòng)、電流和溫度傳感器以及保護電路集成在一個(gè)薄絕緣層上。

IPEM實(shí)現了電力電子技術(shù)的智能化和模塊化，大大降低了電路接線(xiàn)電感、系統噪聲和寄生振蕩，提高了系統效率及可靠性。

電力電子積木PEBB（Power Electric Building Block）

PEBB是在IPEM的基礎上發(fā)展起來(lái)的可處理電能集成的器件或模塊。PEBB并不是一種特定的半導體器件，它是依照最優(yōu)的電路結構和系統結構設計的不同器件和技術(shù)的集成。

它除了包括功率半導體器件外，還含有門(mén)極驅動(dòng)電路、電平轉換、傳感器、保護電路、電源和無(wú)源器件。PEBB有能量接口和通訊接口，通過(guò)這兩種接口，幾個(gè)PEBB可以組成電力電子系統。這些系統可以像小型的DC－DC轉換器一樣簡(jiǎn)單，也可以像大型的分布式電力系統那樣復雜。

一個(gè)系統中，PEBB的數量可以從一個(gè)到任意多個(gè)。多個(gè)PEBB模塊一起工作可以完成電壓轉換、能量的儲存和轉換、陰抗匹配等系統級功能，PEBB最重要的特點(diǎn)就是其通用性。

電子注入增強柵晶體管IEGT（Injection Enhanced Gate Transistor）

IEGT是耐壓達4kV以上的IGBT系列電力電子器件，通過(guò)采取增強注入的結構實(shí)現了低通態(tài)電壓，使大容量電力電子器件取得了飛躍性的發(fā)展。IEGT具有作為MOS系列電力電子器件的潛在發(fā)展前景，具有低損耗、高速動(dòng)作、高耐壓、有源柵驅動(dòng)智能化等特點(diǎn)，以及采用溝槽結構和多芯片并聯(lián)而自均流的特性，使其在進(jìn)一步擴大電流容量方面頗具潛力。另外，通過(guò)模塊封裝方式還可提供眾多派生產(chǎn)品，在大、中容量變換器應用中被寄予厚望。

超大功率晶閘管

晶閘管（SCR）自問(wèn)世以來(lái)，其功率容量提高了近3000倍。近十幾年來(lái)，由于自關(guān)斷器件的飛速發(fā)展，晶閘管的應用領(lǐng)域有所縮小，但是，由于它的高電壓、大電流特性，它在HVDC、靜止無(wú)功補償（SVC）、大功率直流電源及超大功率和高壓變頻調速應用方面仍占有十分重要的地位。

該器件獨特的結構和工藝特點(diǎn)是：門(mén)-陰極周界很長(cháng)并形成高度交織的結構，門(mén)極面積占芯片總面積的90%，而陰極面積僅占10%;基區空穴-電子壽命很長(cháng)，門(mén)-陰極之間的水平距離小于一個(gè)擴散長(cháng)度。上述兩個(gè)結構特點(diǎn)確保了該器件在開(kāi)通瞬間，陰極面積能得到100%的應用。此外，該器件的陰極電極采用較厚的金屬層，可承受瞬時(shí)峰值電流。

高功率溝槽柵結構IGBT（TrenchIGBT）模塊

當今高功率IGBT模塊中的IGBT元胞通常多采用溝槽柵結構IGBT。與平面柵結構相比，溝槽柵結構通常采用1μm加工精度，從而大大提高了元胞密度。由于門(mén)極溝的存在，消除了平面柵結構器件中存在的相鄰元胞之間形成的結型場(chǎng)效應晶體管效應，同時(shí)引入了一定的電子注入效應，使得導通電阻下降。為增加長(cháng)基區厚度、提高器件耐壓創(chuàng )造了條件。所以近幾年來(lái)出現的高耐壓大電流IGBT器件均采用這種結構。

碳化硅與碳化硅（SiC）功率器件

在用新型半導體材料制成的功率器件中，最有希望的是碳化硅（SiC）功率器件。它的性能指標比砷化鎵器件還要高一個(gè)數量級，碳化硅與其他半導體材料相比，具有下列優(yōu)異的物理特點(diǎn)：高禁帶寬度，高飽和電子漂移速度，高擊穿強度，低介電常數和高熱導率。上述這些優(yōu)異的物理特性，決定了碳化硅在高溫、高頻率、高功率的應用場(chǎng)合是極為理想的半導體材料。

在同樣的耐壓和電流條件下，SiC器件的漂移區電阻要比硅低200倍，即使高耐壓的SiC場(chǎng)效應管的導通壓降，也比單極型、雙極型硅器件的低得多。而且，SiC器件的開(kāi)關(guān)時(shí)間可達10nS量級，并具有十分優(yōu)越的FBSOA。SiC可以用來(lái)制造射頻和微波功率器件，各種高頻整流器，MESFETS、MOSFETS和JFETS等。

以上就是常見(jiàn)的功率半導體器件。電力電子變換器的功率等級覆蓋范圍非常廣泛，包括小功率范圍：如筆記本電腦、冰箱、洗衣機、空調等；中功率范圍電氣傳動(dòng)、新能源發(fā)電等；大功率范圍：如高壓直流輸電系統等，科技的發(fā)展也對功率半導體器件提出了越來(lái)越多、越來(lái)越高的性能需求。