功率半導體器件技術(shù)

張 波

(電子科技大學)

摘要：

　　功率半導體，即進行功率處理的半導體器件，它包括功率二極管、功率開關(guān)器件與功率集成電路，前兩者也稱為功率(分立)器件。近年來，隨著功率MOS 技術(shù)的迅速發(fā)展，功率半導體的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的工業(yè)控制擴展到4C 產(chǎn)業(yè)(計算機、通信、消費類電子產(chǎn)品和汽車電子)，滲透到國民經(jīng)濟與國防建設(shè)的各個領(lǐng)域。功率半導體是進行電能處理的半導體產(chǎn)品。75%以上的電能應(yīng)用需由功率半導體進行變換以后才能供設(shè)備使用。高品質(zhì)電能變換所內(nèi)涵的高耐壓、高速、高電流密度、高集成度和低導通電阻等給人們提出不少科學與技術(shù)問題，并不斷推動著功率半導體的發(fā)展。功率(分立)器件，國內(nèi)也稱為電力電子器件，從原理上可分為功率二極管、功率晶體管和晶閘管類器件。

　　為了使功率半導體器件適應(yīng)便攜式、綠色電源、節(jié)能減排的發(fā)展需要，功率(分立)器件正不斷采用新技術(shù)，不斷改進材料性能或開發(fā)新的應(yīng)用材料、繼續(xù)優(yōu)化完善結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝和封裝技術(shù)等，提高器件功率集成密度，減少功率損耗。寬禁帶半導體器件，特別是SiC 和GaN 基功率半導體器件被視為下一代的功率半導體器件。在SiC 整流器商業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，各種SiC 功率開關(guān)器件(如MOSFET、MESFET、JFET、IGBT、SIT、GTO、BJT 等)相繼研制成功。雖然最近幾年SiC 功率開關(guān)器件取得了長足的進步，各種SiC 功率開關(guān)器件的特性和功率容量不斷提高，但大規(guī)模商業(yè)化SiC 功率開關(guān)器件還依賴于高質(zhì)量、大面積無缺陷及低成本SiC 材料的發(fā)展以及器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化和器件可靠性機理的研究。

　　隨著LED 應(yīng)用的迅速發(fā)展，GaN 材料及器件正成為功率半導體的發(fā)展熱點。基于AlGaN/GaN 材料的器件具有比SiC 更低的導通電阻和大直徑硅基GaN外延技術(shù)的成熟并逐步商業(yè)化，使得GaN 功率半導體從微波功率器件向功率整流、功率開關(guān)和功率集成發(fā)展。功率集成電路(PIC)是指將高壓功率器件與信號處理系統(tǒng)及外圍接口電路、保護電路、檢測診斷電路等集成在同一芯片的集成電路，又稱為智能功率集成電路(SPIC)。智能功率集成作為現(xiàn)代功率電子技術(shù)的核心技術(shù)之一，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，也正向集成更多的控制(包括時序邏輯、DSP 及其固化算法等)和保護電路發(fā)展，以實現(xiàn)功能更強的智能控制能力。本文將就硅基功率半導體分立器件技術(shù)、寬禁帶功率半導體器件技術(shù)和可集成功率半導體器件技術(shù)的最新技術(shù)和發(fā)展趨勢做簡要介紹。