公開(kāi)資料顯示,功率器件是分立器件的一個(gè)重要分支,可分為功率分立器件、功率模組和功率IC三大類(lèi)。據了解,功率器件是進(jìn)行電能(功率)處理的核心器件,用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等。其應用領(lǐng)域極其廣泛,幾乎涵蓋汽車(chē)電子、工業(yè)控制、消費電子、太陽(yáng)能、風(fēng)電、數據中心、計算機、照明、軌道交通等行業(yè)。
金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管(MOSFET)則是功率分立器件的主體之一,最早可以追溯到1960年。具有輸入阻抗高、驅動(dòng)功率低、開(kāi)關(guān)速度快、無(wú)二次擊穿、安全工作區寬、熱穩定性好等優(yōu)點(diǎn),無(wú)論是在IC設計里,還是板級電路應用上,都十分廣泛。尤其在大功率半導體領(lǐng)域,各種結構的MOSFET更是發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用。
據悉,以MOSFET為代表的功率器件在汽車(chē)領(lǐng)域的應用主要輔助驅動(dòng)各種電動(dòng)馬達,包括通風(fēng)系統、雨刮器、電動(dòng)車(chē)窗等;同時(shí),在電動(dòng)助力轉向系統、電制動(dòng)系統等動(dòng)力控制系統,以及DC/DC轉換器、電池管理系統等功率變換模塊中也發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵的作用。
除了MOSFET,功率分立器件還包括IGBT、功率二極管、功率雙極晶體管、晶閘管。事實(shí)上,功率分立器件發(fā)展史長(cháng)達半個(gè)世紀,其應用史可以追溯到20世紀50年代,這里就不過(guò)多贅述。
從發(fā)展來(lái)看,最早的功率器件以不可控型的二/三極管為主,主要用于工業(yè)和電力系統;之后是半控型的晶閘管,主要用于實(shí)現可控性改良;再者是全控型的MOSFET和IGBT等,主要用于實(shí)現高頻率、大幅提升低損耗性能;此后,相比普通MOSFEF導通電阻更小,體積小,損耗更低的超結MOSFET出現,滿(mǎn)足了市場(chǎng)大功率和高頻化的應用需求。
經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀的發(fā)展,由于半導體材料硅(Si)的性能開(kāi)發(fā)已接近物理極限,以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)的第三代半導體材料的發(fā)展開(kāi)始受到重視。