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功率半导体产业研究报告:功率半导体国产化(71页)

行业报告下载 2019-08-11 19 管理员

 功率半导体是硅、砷化镓、氮化硅等半导体材料,经历沉积、清除、布线以及电学属 性的调整等工艺后,所得到的电学器件。功率半导体的应用十分广泛:从几十毫瓦的 耳机放大系统,到上千兆瓦的高压直流传输过程;从储能、家电,到 IT 产品、网络 通讯,只要是涉及电的领域,都有着它的影子。功率半导体用处广泛、种类繁多,而在销售市场中,分立器件主要以功率二极管、晶 闸管、功率 MOSFET 和 IGBT 模组为占比最大的四个方面。此外,模拟集成电路中 的功率集成电路也是功率半导体的重要组成之一。

二极管是一种不可控的两极元件,由于其有电流电压曲线不对称,因此一般被用作交 流变直流的整流器件以及电路方向电流控制等方面。 二极管存在着齐纳效应与雪崩效应。齐纳效应为高反向电压将硅原子的电子拽出,称 为自由带电离子,导致电流上升很陡,反应在二极管上即为相对较低的反向击穿电压。 雪崩效应则为在反向电压很大时,反向的载流子能量很高,撞在硅原子上使之电离, 产生出大量的电子,导致反向电流迅速增大。 二极管产品类型很多,按用途分可以分为普通二极管和特殊二极管。普通二极管包括 检波二极管、整流二极管、开关二极管和稳压二极管;特殊工极管包括变容二极管、 光电二极管和发光二极管。

晶闸管是一个半可控的半导体元件,能控制打开,无法控制关闭。被广泛应用于可控 整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中,是典型的小电流控制大电流的设备。 晶闸管的其派生器件有:快速晶闸管,可关断晶闸管(GT0),逆导晶闸管,光控晶 闸管等。晶闸管往往有着闩锁效应,闩锁效应(latch - up)就是有一个强电场施加在器 件结构中的氧化物薄膜上,则该氧化物薄膜就会因介质击穿而损坏。很细的金属化迹 线会由于大电流而损坏,并会由于浪涌电流造成的过热而形成开路。

功率 MOSFET 的特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功 率小、开关速度快、工作频率高,是制造 AC-DC 开关转换器(将交流电压转换成直流 电压) 和 DC-DC 转换器(将一个直流电压等级转换成另一个电压等级) 的必要器件。 功率 MOSFET 模组的等效电路包含三个电容、两个电阻,一个理想 MOSFET,一 个 NPN 晶体管以及一个寄生 NPN 晶体管基极-发射极之间的电阻。而这个寄生电阻 与其寄生的 NPN 晶体管的基极-发射极部分构成了逆向二极管,使得功率 MOSFET 具有反向导通性。

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