1.定义功率半导体器件Power Semiconductor Device也称做电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中、实现电能变换或控制的电子器件。能够支持耐高压、大电流属于电力电子技术的范畴。2.功能功率半导体器件处于现代电力电子变换器的心脏地位主要功能是开关和电能转换。它对装置的可靠性、成本和性能起着十分重要的作用。3.应用按电力变换维度应用于整流AC-DC、逆变DC-AC、直流斩波DC-DC及交流电力控制、变频或变相AC-AC。按产品范围维度应用于消费级、工业级、车规级、军工级、宇航级。4.分类按世界半导体贸易协会World Semiconductor Trade Statistics的分类方法功率半导体根据集成度可以分为分立器件中的功率器件和集成电路IC中的功率IC两个大类图4-1。功率IC是将高压功率器件与其控制电路、外围接口电路及保护电路等集成在同一芯片的集成电路主要应用于手机等小电压产品。此处重点介绍功率器件功率IC后续根据需要另行补充。功率器件是指体积较大用来处理较大功率、大电压的产品。根据器件所用半导体材料、制造工艺、工作机理及器件开通和关断的控制方式的不同功率器件有各种各样的分类方式表4-1。表4-1功率器件分类原则分类细项器件代表按器件控制特性分类不可控型器件主要为各种不同类型的功率二极管比如大功率二极管、快恢复二极管和肖特基二极管等半控性器件主要指晶闸管SCR及其派生器件如双向晶闸管、逆导晶闸管等全控性器件全控型器件种类较多工作机理也不尽相同包括BJT、GTO、功率MOSFET、IGBT等按器件驱动方式分类电流控制型器件电流控制型器件有SCR、BJT、GTO等这类器件必须有足够的驱动电流才能使器件导通或者关断本质上是通过控制极电流来直接影响器件的行为器件容量越大一般需要的驱动功率也越大。电压控制型器件电压控制型器件有IGBT、MOSFET等这类器件的开关行为只需要有一定的电压和很小的驱动电流就可以因此这类器件只需要很小的驱动功率驱动电路也比较简单。光控型器件一般是专门制造的功率半导体器件如光控晶闸管。这类器件通过光纤和专用的光发射器来控制器件的开关行为驱动电路非电化可以大大增强电路的电磁兼容能力。按器件中载流子性质分类双极型器件是指在器件内部电子和空穴两种载流子都参与导电过程的半导体器件都是基于PN结原理的结型半导体器件也称结型器件。常见的有BJT、GTO、GCT门极换流晶闸管。单极型器件是指只有一种载流子即多数载流子参与导电过程的功率半导体器件这类器件的开关频率一般较高耐压为几百伏的器件最高开关频率可以达到几十到几百千赫。典型器件有功率场效应晶体管Power MOSFET和静电感应晶体管(SIT)两种。混合型器件又称复合型器件它是由双极型器件和单极型器件集成混合而成。这类器件典型代表有IGBT和IEGT等。PS随着新材料、新工艺和新技术的采用也产生了一些新的分类方法。比如随着宽禁带材料的使用基于SiC和GaN材料的器件正成为功率器件研究的热点此时可以按照材料特性对功率器件分类如硅Si器件、碳化硅SiC器件和氮化镓GaN器件等。图4-1功率半导体产品范围示意图一般情况下业界用电导率或者电阻率的高低来区分导体、半导体和绝缘体认为电导率或者电阻率处于导体和绝缘体之间的是半导体这也可以解释半导体Semiconductor的由来。一般将电阻率介于的材料称作半导体。铜、铝、银等金属材料能非常容易地传导电流都是非常好的导体而橡胶、陶瓷、塑料等材料几乎不导电是非常好的绝缘体而硅、碳化硅等是用于功率半导体器件制造的半导体材料。5.半导体中的空穴和电子半导体材料中有两种载流子即电子和空穴。电子和空穴的定向移动才能构成电流即构成半导体的导电行为。本征半导体是指没有杂质、纯净的、没有晶体缺陷的半导体。严格地说是半导体中杂质的浓度远小于半导体价带空穴的浓度或者导带电子的浓度。常温下本征半导体中只有为数极少的电子-空穴对参与导电部分自由电子遇到空穴又迅速恢复合成为共价键电子结构所以从外特性来看它们是不导电的。杂质半导体为增加半导体的导电能力一般都在Ⅳ价本征半导体材料中掺入一定浓度的硼、铝、镓等Ⅲ价元素或磷、砷、锑等V价元素这些杂质元素与周围的Ⅳ价元素组成共价键后即会出现多余的电子或空穴。这些被掺入了其他元素杂质的半导体被称为杂质半导体。比如先在硅材料中加入一定浓度的硼杂质变成P型半导体如果再加入浓度更大的磷杂质磷的多余电子在补偿硼原子周围的共价键空穴仍有剩余此时半导体则由P型转变成N型。