功率半導(dǎo)體系列-功率MOSFET

專精于高頻領(lǐng)域，預(yù)計2022年功率MOSFET全球市場規(guī)?？蛇_(dá)85億美元

功率MOSFET是電力控制中必不可缺的專精于高頻領(lǐng)域的功率器件。功率MOSFET是市場占比最高的功率器件，由于自身電壓驅(qū)動、全控式、單極型的特點(diǎn)主要適用于對功率器件工作頻率需求較高的領(lǐng)域。

寬禁帶半導(dǎo)體材料迭代引領(lǐng)功率MOSFET性能演進(jìn)。功率MOSFET主要通過制程縮小、技術(shù)變化、工藝進(jìn)步與材料迭代這四種方式不斷提高自身的性能以滿足世界電氣化程度不斷加深帶來的電力需求。其中，寬禁帶半導(dǎo)體材料的迭代引領(lǐng)著功率MOSFET向著更高的性能邁進(jìn)。

受益于世界的電動化、信息化以及對用電終端性能的更高追求，預(yù)計2022年功率MOSFET全球市場規(guī)模可達(dá)億85美元，未來五年復(fù)合年化增長率為4.87%，而國內(nèi)市場由于“進(jìn)口替代”格局以及中低端MOSFET的產(chǎn)能轉(zhuǎn)移趨勢，未來五年預(yù)計年化復(fù)合增長率超過10%。

由于功率半導(dǎo)體是一個需求驅(qū)動型的行業(yè)，因此我們通過不同的供需格局將功率MOSFET分為高中低三個層次來判斷未來不同類功率MOSFET的市場格局，并分析得出這種格局本質(zhì)上是由各類功率MOSFET生產(chǎn)工藝的演進(jìn)進(jìn)度決定的。

對于高端、中端、低端三種層次的功率MOSFET產(chǎn)品而言，核心競爭力分別為高品質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)能力、渠道能力與成本控制能力。但由于單類功率MOSFET層次會從高端向低端自然下移，因此從長期來看，對于一家功率MOSFET企業(yè)而言，只有不斷向著產(chǎn)品性能的更高峰攀登的技術(shù)研發(fā)能力才是核心競爭力。

作為電壓驅(qū)動的全控式單極型功率器件，功率 MOSFET專精于高頻領(lǐng)域

OSFET全稱Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，中文名為金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，簡稱金氧半場效晶體管或MOS管，是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管。而功率MOSFET則指處于功率輸出級的MOSFET器件，通常工作電流大于1A。

由于功率器件的分類方式非常多樣，且各分類方式的分類邏輯并不存在上下包含的關(guān)系，因此在這里我們從驅(qū)動方式、可控性、載流子類型這三個分類維度將功率MOSFET定義為電壓驅(qū)動的全控式單極型功率器件。

可以發(fā)現(xiàn)，功率MOSFET的電壓驅(qū)動、全控式和單極型特性決定了其在功率器件中的獨(dú)特定位：工作頻率相對最快、開關(guān)損耗相對最小，但導(dǎo)通與關(guān)斷功耗相對較高、電壓與功率承載能力相對較弱。

因此功率MOSFET會在兩個領(lǐng)域中作為主流的功率器件：1.要求的工作頻率高于其他功率器件所能實(shí)現(xiàn)的最高頻率的領(lǐng)域，目前這個最高頻率大概是70kHz，在這個領(lǐng)域中功率MOSFET成為了唯一的選擇，代表性下游應(yīng)用包括變頻器、音頻設(shè)備等。2.要求工作頻率在10kHz到70kHz之間，同時要求輸出功率小于5kW的領(lǐng)域，在這個領(lǐng)域的絕大多數(shù)情況下，盡管IGBT與功率MOSFET都能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，但功率MOSFET往往憑借更低的開關(guān)損耗（高頻條件下開關(guān)損耗的功耗占比更大）、更小的體積以及相對較低的成本成為優(yōu)先選擇，代表性的下游應(yīng)用包括液晶電視板卡、電磁爐等。

功率MOSFET自1976年誕生以來，不斷面對著社會電氣化程度的提高所帶來的對于功率半導(dǎo)體的更高性能需求。對于功率MOSFET而言，主要的性能提升方向包括三個方面：更高的頻率、更高的輸出功率以及更低的功耗。

為了實(shí)現(xiàn)更高的性能指標(biāo)，功率MOSFET主要經(jīng)歷了制程縮小、技術(shù)變化、工藝進(jìn)步與材料迭代這4個層次的演進(jìn)過程，其中由于功率MOSFET更需要功率處理能力而非運(yùn)算速度，因此制程縮小這一層次的演進(jìn)已在2000年左右基本上終結(jié)了，但其他的3個層次的演進(jìn)仍在幫助功率MOSFET不斷追求著更高的功率密度與更低的功耗。

目前，市面上的主流功率MOSFET類型主要包括：由于技術(shù)變化形成的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同的Planar、Trench、Lateral、SuperJunction、Advanced Trench以及由于材料迭代形成的半導(dǎo)體材料改變的SiC、GaN。其中盡管材料迭代與技術(shù)變化屬于并行關(guān)系，比如存在GaN Lateral MOSFET，但就目前而言，由于寬禁帶半導(dǎo)體仍處于初步發(fā)展階段，所有面世的寬禁帶MOSFET的性能主要由材料性能決定，因此將所有不同結(jié)構(gòu)的GaN MOSFET和SiC MOSFET 分別歸為一個整體。

審核編輯黃昊宇