13种常用的功率半导体器件介绍
功率半导体器件要点
功率半导体器件要点功率半导体器件是指用于控制和转换电力的半导体器件，其具有承载高电流和高电压的特点。
在电力电子领域中，功率半导体器件广泛应用于电力变换、传输和控制系统中，起到关键的作用。
本文将重点介绍功率半导体器件的要点，包括常见的功率半导体器件类型、特性与工作原理、应用领域和发展趋势等方面。
1.常见的功率半导体器件类型常见的功率半导体器件包括功率二极管、功率晶体管、功率场效应管（MOSFET）、可控硅（SCR）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）等。
每种器件都有自己特殊的工作原理、结构和性能特点，适用于不同的应用场合。
2.功率半导体器件的特性与工作原理不同类型的功率半导体器件具有不同的特性和工作原理。
例如，功率二极管通常用作电流开关和快速恢复整流器，其主要特点是低电压降、快速开关速度和高导通电流能力。
功率晶体管在电力放大和开关电路中广泛使用，具有高功率放大能力和较高的开关速度。
功率场效应管主要有MOSFET和IGBT两种类型，其特点是低输入阻抗、高开关速度和较低的控制电压。
可控硅主要用于交流电控制和直流电开关，其工作原理是通过施加门极电压来控制器件的导通。
3.功率半导体器件的应用领域功率半导体器件在电力电子领域有广泛的应用。
例如，功率二极管通常用于电源、电机驱动和变频器等电路中。
功率晶体管广泛应用于功率放大、开关和变换器等电路。
功率场效应管主要用于集成电路和电力开关等领域。
可控硅被广泛应用于交流变频器、电动机起动和照明控制等场合。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）结合了晶体管和可控硅的特点，逐渐成为高功率应用的主流器件。
4.功率半导体器件的发展趋势随着电力电子的广泛应用和需求的增加，功率半导体器件面临着高功率、高频率、高效率和小型化等方面的挑战。
近年来，功率半导体器件在结构设计、材料改进和工艺制造等方面取得了重大进展。
新型材料如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的应用，使功率半导体器件具有更高的工作温度、更高的开关速度和更低的导通电阻。
半导体器件功率模组分类
半导体器件功率模块（Power Module）是一种集成了功率半导体器件（如IGBT、MOSFET）和其它相关电路的模块化产品，用于控制和调节电能的转换和传输。
根据不同的功率级别和应用领域，可以对功率模块进行多种分类。
以下是一些常见的功率模块分类：1. IGBT模块：IGBT（绝缘栅双极型晶体管）模块是最常见和广泛使用的功率模块之一。
它结合了MOSFET的低功率驱动和BJT的高电压能力，广泛应用于高功率应用，如变频器、电力传输和工业驱动。
2. MOSFET模块：MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）模块适用于中低功率应用，如电源、逆变器、电动车和消费电子。
它具有低开关损耗、高效率和快速开关速度的特点。
3. 肖特基二极管（Schottky Diode）模块：肖特基二极管模块常用于高速开关、反向恢复和逆变应用领域。
它具有低导通压降、快速开关速度和较低的反向恢复电荷的特点。
4. 三极管模块：三极管模块是基于晶体管（例如BJT）的功率模块。
它广泛应用于放大、开关和稳压等领域。
5. 整流桥模块：整流桥模块通常用于电源和交流电能转换应用，将交流电转换为直流电。
它由四个二极管或肖特基二极管组成，具有使电流单向传导的功能。
6. 集成型模块：集成型模块是将多个功率器件（如IGBT、MOSFET、二极管）和其它电路（如驱动和保护电路）集成到一个模块中，以提供更高的集成度和可靠性，减少系统设计的复杂性。
这只是一些常见的功率模块分类，实际上还有许多其他类型的模块，如SiC（碳化硅）模块、GaN（氮化镓）模块等，它们通常用于更高性能和特殊应用领域。
具体选择何种功率模块取决于应用需求、功率要求和其他因素。
功率半导体分类
功率半导体分类功率半导体是指承受高电压、大电流和高频率等特殊工作环境下的半导体器件。
它们具有高效率、高可靠性、长寿命、小体积等优点，在电力电子和汽车电子等领域得到了广泛应用。
根据不同的工作原理和结构特点，功率半导体可以分为多种类型。
一、晶闸管晶闸管是一种双向可控硅，具有单向导通性和双向控制性。
它由四个PN结组成，可以通过控制门极电压来实现开关功能。
晶闸管具有低开通压降、大承受电流和温度范围广等特点，适用于高压大电流的交流调光、变频调速等场合。
二、二极管整流桥二极管整流桥由四个二极管组成，用于将交流信号转换为直流信号。
它具有简单的结构、低成本和可靠性好的优点，在家庭电器中得到广泛应用。
三、MOSFETMOSFET是一种场效应晶体管，由金属氧化物半导体构成。
它具有低开通压降、高输入阻抗和快速开关速度等特点，适用于高频开关电源、电动车控制器等领域。
四、IGBTIGBT是一种绝缘栅双极型晶体管，由MOSFET和双极型晶体管的结合体。
它具有低导通压降、大承受电流和高开关速度等特点，适用于大功率直流调光、变频调速等场合。
五、GTOGTO是一种门极可控晶闸管，由多个PN结组成。
它具有低导通压降、大承受电流和高可控性等特点，适用于交流调光、变频调速等场合。
六、SCRSCR是一种可控硅，由三个PN结组成。
它具有单向导通性和单向控制性，可以通过触发电压来实现开关功能。
SCR具有大承受电流和温度范围广等特点，适用于交流调光、变频调速等场合。
七、TRIACTRIAC是一种双向可控硅，由四个PN结组成。
它具有单向导通性和双向控制性，可以通过触发电压来实现开关功能。
TRIAC适用于交流调光、变频调速等场合。
八、SITSIT是一种静电感应晶体管，由金属-半导体-金属结构构成。
它具有高输入阻抗、低噪声和高频率响应等特点，适用于高频放大器和射频通信等领域。
九、BJTBJT是一种双极型晶体管，由三个PN结组成。
它具有低开通压降和大承受电流等特点，适用于低功率开关电路和放大器等领域。
常用半导体器件介绍
基极和发射极之间 的PN结称为发射
结
基极和集电极之间 的PN结称为集电
结
发射结和集电结之 间的区域称为基区
基区非常薄，通常 只有几微米
三极管内部电流的 流动方向与PN结 的导电方向有关
三极管具有放大作 用，可以将小信号
放大成大信号
三极管的特性
01 电流放大：三极管具有电流放大作用，可以 将微弱的输入信号放大为较大的输出信号。
半导体器件可以分为两类：主动器 件和被动器件。主动器件如晶体管、 集成电路等，可以控制电流的流动； 被动器件如电阻、电容、电感等， 主要用来传输和存储信号。
半导体器件的性能和可靠性对电 子设备的性能和可靠性具有重要 影响。
半导体器件的分类
双极型晶体管（BJT）： 场效应晶体管（FET）：
如PNP、NPN等
事等
光电器件的发 展趋势是高速、 低功耗、集成
化
光电器件的分类
光电导器件：利用光电效应工作的器件，如光敏 二极管、光敏三极管等。
光电发射器件：利用外光电效应工作的器件，如 光电管、光电倍增管等。
光敏电阻：利用光敏电阻的光电导效应工作的器 件，如光敏电阻、光敏电容等。
光敏晶体管：利用光敏晶体管的光电导效应工作 的器件，如光敏晶体管、光敏场效应晶体管等。
01
由一个PN结组成
03
PN结具有单向导电性
02
P型半导体和N型半导体相 互接触形成PN结
04
电流只能从P型半导体流向N 型半导体，不能反向流动
二极管的特性
01
单向导电性：二极 管只允许电流从一 个方向通过，具有 单向导电性。
02
整流作用：二极管 可以将交流电转换 为直流电，具有整 流作用。
常见功率器件介绍
常见功率器件介绍功率器件是电力电子领域中重要的一种电子器件，用于变换、传递和控制电能。
常见的功率器件包括大功率二极管、晶闸管、可控硅、IGBT和MOSFET等。
本文将对这些常见的功率器件进行介绍。
1.大功率二极管：大功率二极管是一种常见的功率器件，具有较低的导通压降和较高的瞬态响应速度。
常见的大功率二极管如Schottky二极管，它具有快速导通、快速关断，适合于高频和高效率的电力转换系统。
大功率二极管常用于电流整流和反向保护等电源应用中。
2. 晶闸管（Thyristor）：晶闸管是一种可控硅器件，具有双向导通特性。
晶闸管的导通状态由门极信号控制，一旦导通后，其二极管部分将保持导通状态，直到控制信号消失或电流下降至谷值。
晶闸管适用于高压、高电流的交流电源控制和整流应用，如交流调光、电动机控制和功率变换等。
3.可控硅（SCR）：可控硅是一种具有双向导通特性的功率器件，可通过外部电压触发，从而控制其导通和关断状态。
可控硅的导通需要一个触发脉冲，一旦导通，只能通过降低电流或断开电源来关断。
可控硅广泛应用于高压电源、充电器、交直流变换器和电动机驱动器等系统中。
4. IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）：IGBT是一种功率MOSFET和双极型晶体管的混合器件，结合了二者的优点。
IGBT具有低导通压降和高开关速度的特点，在高频和高效率的应用中广泛使用。
IGBT适用于电力电子中的交流调变器、逆变器和电动机驱动器等应用。
5. MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）：MOSFET是一种具有储存性的功率晶体管，可以在接通状态下进行电流放大，适用于低功率和中功率应用。
MOSFET具有低导通压降、高开关速度和可控性强的优点。
在电源管理、电动机控制和逆变器等应用中，MOSFET是一种常见的功率器件。
总结起来，大功率二极管、晶闸管、可控硅、IGBT和MOSFET是常见的功率器件。
功率半导体器件简介演示
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目 录
• 功率半导体器件概述 • 功率二极管 • 功率晶体管 • 功率场效应管 • 功率半导体器件的制造工艺流程 • 功率半导体器件的发展趋势和市场前景
01
功率半导体器件概述
功率半导体器件的定义
功率半导体器件是一种用于电能转换和控制的重要电子器件，它能够实现电能的 转换、控制和放大等功能。
新能源汽车及充电设施需 求
新能源汽车及充电设施的快速发展，对功率 半导体器件的需求不断增加，同时对功率半 导体器件的性能和可靠性也提出了更高的要
求，如高耐压、高效率、高可靠性等。
国际竞争加剧市场整合
国际巨头垄断市场
全球功率半导体市场主要由国际巨头所 垄断，如美国德州仪器（TI）、美国英特 尔（Intel）、日本富士通（Fujitsu）等 ，这些企业在技术研发、品牌和市场渠 道等方面具有较大优势，占据了市场的 主要份额。
金属电极
在PN结上添加两个金属电 极，一个是阳极，另一个 是阴极。
封装
将PN结和金属电极封装在 固体介质中，以保护其免 受环境影响。
功率二极管的特性
伏安特性
功率二极管的伏安特性曲线展示其电 压与电流之间的关系。
反向恢复时间
功率二极管在从一个状态转换到另一 个状态所需的时间。
额定电流
在规定温度下，二极管能够安全通过 的最大电流。
VS
国内企业逐步崛起
随着国内电子信息技术的发展，国内功率 半导体企业逐渐崛起，如中国电子科技集 团公司（CETC）、杭州士兰微电子股份 有限公司（Silan）等，这些企业在国家 政策支持和技术积累下，逐渐提升自身技 术水平和产品质量，逐步扩大市场份额。
THANKS
什么是半导体器件有哪些常见的半导体器件
什么是半导体器件有哪些常见的半导体器件半导体器件是指由半导体材料制成的用于电子、光电子、光学和微波等领域的电子元器件。
它具有半导体材料固有的特性，可以在不同的电压和电流条件下改变其电子特性，从而实现电子器件的各种功能。
常见的半导体器件有以下几种：1. 二极管（Diode）：二极管是最简单的半导体器件之一。
它由一个P型半导体和一个N型半导体组成。
二极管具有单向导电性，可以将电流限制在一个方向。
常见的二极管应用包括整流器、稳压器和光电二极管等。
2. 晶体管（Transistor）：晶体管是一种电子放大器和开关器件，由三层或两层不同类型的半导体材料构成。
晶体管可分为双极型（BJT）和场效应型（FET）两种。
它广泛应用于放大器、开关电路和逻辑电路等领域。
3. MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）：MOSFET是一种常用的场效应晶体管。
它具有低功耗、高开关速度和可控性强等特点，被广泛应用于数字电路、功率放大器和片上系统等领域。
4. 整流器（Rectifier）：整流器是一种将交流电转换为直流电的器件。
它主要由二极管组成，可以实现电能的转换和电源的稳定。
整流器广泛应用于电源供电、电动机驱动和电子设备等领域。
5. 发光二极管（LED）：发光二极管是一种能够将电能转换为光能的器件。
它具有高亮度、低功耗和长寿命等特点，被广泛应用于照明、显示和通信等领域。
6. 激光二极管（LD）：激光二极管是一种能够产生相干光的器件。
它具有高亮度、窄光谱和调制速度快等特点，广泛应用于激光打印、激光切割和光纤通信等领域。
7. 三极管（Triode）：三极管是晶体管的前身，它由三层不同类型的半导体材料构成。
三极管可以放大电流和电压，被广泛应用于放大器、调制器和振荡器等领域。
8. 可控硅（SCR）：可控硅是一种具有开关特性的器件。
它可以控制电流的导通和截止，广泛应用于交流电控制、功率调节和电能转换等领域。
9. 电压稳压器（Voltage Regulator）：电压稳压器是一种用于稳定输出电压的器件。
半导体产品分类及对应作用
半导体产品分类及对应作用1. 整流器（Rectifiers）：整流器用于将交流电转换为直流电。
它是半导体产品中最基本的一种，常用于电源和电机驱动等领域。
整流器通常采用二极管或硅可控整流器（SCR）的形式，可以有效地实现电流的单向流动。
2.可控硅（SCR）：可控硅是一种功能强大的半导体开关，可以控制电流的导通和截止。
它具有高开关速度、高功率处理能力和可靠性，常用于电力控制、电机控制和电炉等高功率电器的驱动。
3. 功率晶体管（Power Transistor）：功率晶体管是一种用于放大和控制高功率信号的半导体器件。
它主要用于功率放大、开关和频率转换等领域，具有高电流、高频率和高耐压等优点。
4. 晶闸管（Thyristor）：晶闸管是一种由SCR演变而来的特殊型号半导体器件，也被称为双向可控硅。
晶闸管具有双向导流性能和较高的电流承受能力，广泛应用于交流电控制和交流电源的调节。
5. 三极管（Transistor）：三极管是一种最常见的半导体器件，用于放大和开关电路。
它根据不同的构造形式分为有源和无源两种，包括NPN型和PNP型。
三极管被广泛应用于放大器、振荡器和开关电路等领域。
6.双极型场效应管（BJT）：双极型场效应管也称为双栅晶体管，是一种可控电流的、双极性的半导体器件。
它具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，被广泛应用于电子放大器、功率放大器和开关电路等领域。
7.金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）：MOSFET是一种基于金属-氧化物-半导体结构的场效应管。
它具有高输入阻抗、低功耗和快速开关速度的特点，被广泛应用于逻辑电路、功率放大和高频电路等领域。
8. 集成电路（Integrated Circuit，IC）：集成电路是将多个半导体器件和电子元件集成在一颗芯片上的电路。
它具有体积小、功耗低和性能稳定等优点，广泛用于计算机、通信、消费电子和工控等领域。
9. 光电器件（Optoelectronic Devices）：光电器件是利用半导体材料的光电效应制造的器件，可以将光能转换为电能或反之。
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13种常用的功率半导体器件介绍
电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。
可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。
1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS控制晶闸管
MCT 是一种新型MOS 与双极复合型器件。
如上图所示。
MCT是将MOSFET 的高阻抗、低驱动图MCT 的功率、快开关速度的特性与晶闸管的高压、大电流特型结合在一起，形成大功率、高压、快速全控型器件。
实质上MCT 是一个MOS 门极控制的晶闸管。
它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由无数单胞并联而成。
它与GTR，MOSFET，IGBT，GTO 等器件相比，有如下优点：
（1）电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可关断电流密度为6000kA/m2；
（2）通态压降小、损耗小，通态压降约为11V；
（3）极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达20 kV/s ，di/dt为2 kA/s；
（4）开关速度快，开关损耗小，开通时间约200ns，1 000 V 器件可在2 s 内关断；
2. IGCT（Intergrated Gate Commutated Thyristors）
IGCT 是在晶闸管技术的基础上结合IGBT 和GTO 等技术开发的新型器件，适用于高压大容量变频系统中，是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。
IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点。
在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈现晶体管的特性。
IGCT 芯片在不串不并的情况下，二电平逆变器功率0.5~ 3 MW，三电平逆变器1~ 6 MW；若反向二极管分离，不与IGCT。