功率半導體器件(PowerSemiconductorDevice)又稱為電力電子器件,是電力電子裝置實現電能轉換、電路控制的核心器件。主要用途包括變頻、整流、變壓、功率放大、功率控制等,同時具有節能功效。功率半導體器件廣泛應用于移動通訊、消費電子、新能源交通、軌道交通、工業控制、發電與配電等電力、電子領域,涵蓋低、中、高各個功率層級。
功率半導體器件種類眾多。功率半導體根據載流子類型可分為雙極型與單極型功率半導體。雙極型功率半導體包括功率二極管、雙極結型晶體管(Bipolar Junction Transistor,BJT)、電力晶體管(Giant Transistor,GTR)、晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)等,單極型功率半導體包括功率MOSFET、肖特基勢壘功率二極管等。按照材料類型可以分為傳統的硅基功率半導體器件以及寬禁帶材料功率半導體器件。傳統功率半導體器件基于硅基制造,而采用第三代半導體材料(如SiC、GaN)具有寬禁帶特性,是新興的半導體材料。
功率半導體器件:二極管→晶閘管→硅基MOSFET→硅基IGBT。功率二極管發明于20世紀50年代,起初用于工業和電力系統。60-70年代,以半控型晶閘管為代表的功率器件快速發展,晶閘管體積小、明顯的節能功效引起廣泛重視。80年代,晶閘管的電流容量已達6000安,阻斷電壓高達6500伏;80年代發展起來的硅基MOSFET工作頻率達到兆赫級,同時功率器件正式進入電子應用時代。硅基IGBT的出現實現了功率器件同時具備大功率化(6500V)與高頻化(10-100kHz)。二十一世紀前后,將功率器件與集成電路集中在同一個芯片中,功率器件集成化使器件功能趨于完整。