功率半导体产业研究报告：功率半导体国产化（71页）

 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。