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不常见的半导体功率器件有哪些?

发布时间:2022-10-19 13:24:40

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1940年,开云体育实验室在研究雷达探测整流器时发现硅有PN结效应。1958年,通用电气(GE)开发了世界上第一个工业普通晶闸管,标志着电力电子技术的诞生。


近年来,万物互联网的声音越来越高,几乎整个行业的电子发展都与功率半导体设备有关,大大增加了对功率半导体设备的需求。根据功能和使用场景的不同,功率设备自然分为常见和不常见的类型。上次我们列出了常见的功率设备,这次我们将讨论哪些不常见的功率设备。


1.新型GTO设备-集成门更换流晶闸管。


目前,常规GTO有两种替代品:高功率IGBT模块、新型GTO派生器件-集成门极换流IGCT晶闸管。IGCT晶闸管是一种新型的大功率器件。与传统的GTO晶闸管相比,它具有可靠关闭、存储时间短、开启能力强、关闭门极电荷少、应用系统(包括阳极电抗器、缓冲电容器等所有器件和外围部件)等优良特点。


2.脉冲功率闭合开关晶闸管。


该装置特别适用于传输极强峰值功率(数MW)和极短连续时间(数ns)的放电闭合开关,如激光、高强度照明、放电点火、电磁发射器和雷达调制器。该装置可在数kV高压下快速开启,无需放电电极,使用寿命长,体积小,价格低,预计取代高压离子闸流管、点火管、火花间隙开关或真空开关。


该装置独特的结构和工艺特点是:门-阴极周边长,形成高度交织的结构,门极面积占芯片总面积的90%,而阴极面积仅占10%;基础空穴电子寿命长,门-阴极之间的水平距离小于扩散长度。以上两个结构特点保证了该装置在开启瞬间可以100%使用阴极面积。此外,该装置的阴极电极采用厚金属层,能承受瞬时峰值电流。


3.电力电子器件(Powerelectronicdevice)


电力电子设备,Powerelectronicdevice),又称功率半导体设备,用于电能变换和电能控制电路中的大功率电子设备(通常流为几十到几千安,电压为几百伏以上)。可分为半控器件、全控器件和不可控器件,其中晶闸管为半控器件,所有器件中电压和电流容量最高;电力二极管为不可控器件,结构和原理简单,工作可靠;也可分为电压驱动器件和电流驱动器件,其中GTO和GTR为电流驱动器件,IGBT和电力MOSFET为电压驱动器件。


4.MOS门极控晶闸管。


MOS门极控制晶闸管充分利用晶闸管良好的通态特性、良好的开关特性,有望具有良好的自关断动态特性、非常低的通态电压降和耐高压,成为未来电力装置和电力系统中具有发展前景的高压大功率装置。目前,世界上有十几家公司正在积极开展MCT研究。MOS门晶闸管主要有三种结构:MOS场晶闸管(MCT)、基极电阻晶闸管(BRT)和射极开关晶闸管(EST)。EST可能是MOS门晶闸管中最有前途的结构。然而,这种设备需要很长时间才能真正成为商业实用设备,并取代GTO。


5.砷化镓二极管。


随着变换器开关频率的不断提高,对快速恢复二极管的要求也随之提高。众所周知,它具有优于硅二极管的高频开关特性,但由于工艺等原因,砷化镓二极管耐压性低,实际应用有限。为了满足高压、高速、高效、低EMI应用的需要,Motorola公司成功开发了高压砷化镓高频整流二极管。与硅快速恢复二极管相比,这种新型二极管的显著特点是反向泄漏电流随温度变化小,开关损耗低,反向恢复性能好。


目前,全球功率半导体设备主要由欧洲、美国和日本提供。凭借其先进的技术、制造技术和领先的质量管理体系,约占全球市场份额的70%。在国家多项科研计划的支持下,中国大大缩小了与国际的技术差距,取得了许多成就。功率半导体是许多应用领域不可缺少的上游设备。未来,随着工业的爆发,科技经济将实现快速增长。

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