功率半導體分立器件基礎知識點介紹

電力電子器件又稱為功率半導體器件，主要用于電力設備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件。功率半導體大致可分為功率半導體分立器件（Power Discrete，包括功率模塊）和功率半導體集成電路（Power IC）兩大類，在半導體產業(yè)中的結構關系如圖所示。其中，功率半導體分立器件是指被規(guī)定完成某種基本功能，并且本身在功能上不能再細分的半導體器件。

功率半導體分立器件工藝流程

功率半導體分立器件的主要工藝流程包括：在硅圓片上加工芯片（主要流程為薄膜制造、曝光和刻蝕），進行芯片封裝，對加工完畢的芯片進行技術性能指標測試，其中主要生產工藝有外延工藝、光刻工藝、刻蝕工藝、離子注入工藝和擴散工藝等。

。 外延工藝技術

對于Si功率半導體器件，外延工藝是根據(jù)不同硅源（SiH2CL2、SiHCL3、SiCL4），在1100-1180°C溫度下在硅片表面再長一層或多層本征（不摻雜）、N型（摻PH3）或P型（摻B2H6）的單晶硅，并且，要將硅層的厚度和電阻率、厚度和電阻率的均勻性、表面的缺陷控制在允許范圍內。

對于SiC功率半導體器件，生長出低缺陷密度的單晶十分困難，因SiC襯底晶體生長需在2300°C的溫度下進行，需在H2保護氣氛下，用SiH4和CH4或C3H8作為反應氣體，其生長速率一般每小時只有幾微米，且仍存在SiC襯底中的晶體缺陷擴展到外延層的問題，因而SiC晶片成本特別是高質量大面積的SiC晶片成本遠高于Si晶片。

。 光刻工藝技術

光刻工藝是將掩膜（光刻板）圖形轉移到襯底表面的光刻膠上形成產品所需要圖形的工藝技術，***的精度一般是指光刻時所得到的光刻圖形的最小尺寸。分辨率越高，就能得到越細的線條，集成度也越高。

。 刻蝕工藝技術

刻蝕是用物理或化學的方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程，刻蝕的基本作用是準確地復制掩膜圖形，以保證生產線中各種工藝正常進行。包括濕法刻蝕、干法刻蝕及等離子增強反應離子刻蝕、電子回旋共振刻蝕（ECR）、感應耦合等離子體刻蝕（ICP）等其他先進蝕刻技術。

。 離子注入工藝技術

離子注入是通過高技術設備將器件需要的摻雜元素注入到硅片中。

。 擴散工藝技術

半導體摻雜工藝的主要目的在于控制半導體中特定區(qū)域內雜質的類型、濃度、深度和PN結。擴散技術是實現(xiàn)這一目的的簡單而方便的途徑。

功率半導體分立器件包括哪些？

。 功率二極管

PIN二極管：大多數(shù)功率二極管主要是依靠PN結的單向導電原理工作的，具有極低的通態(tài)電阻，稱為PIN二極管。從應用的角度，PIN二極管可以分成整流二極管與快恢復二極管。

肖特基二極管：肖特基二極管是單極器件，利用金屬與半導體接觸形成的金屬-半導體結作為肖特基勢壘，以產生整流的效果，在中、高等功率領域中應用廣泛。

。 晶閘管

晶閘管通常稱為可控硅，是一種半控整流器件，體積小、無加熱燈絲、壽命長、可靠性高、價格便宜，多應用在電機驅動控制、高壓直流輸電（HVDC）、動態(tài)無功功率補償、超大電流電解等場合。

。 晶體管

晶體管是能夠提供電功率放大并具有三個或更多電極的一種半導體器件。

按照主要用途，分為兩大類：開關管和放大管。開關管工作在截止區(qū)和飽和區(qū)，多用于數(shù)字電路，實現(xiàn)邏輯功能；放大管一般工作在線性區(qū)附近，應用于模擬電路，實現(xiàn)信號或功率放大。

按照主要工藝，分為雙極晶體管和場效應晶體管。雙極晶體管屬于流控器件，響應速度快，驅動能力強；場效應管屬于壓控器件，輸入阻抗高，功率消耗相對較低。

雙極晶體管是至少具有兩個結，其功能依賴于多數(shù)載流子和少數(shù)載流子的一種晶體管。

場效應晶體管是其流過導電溝道的電流受施加在柵源引出端間的電壓產生的電場所控制的一種晶體管。場效應晶體管主要可以分為：結柵場效應晶體管（JFET），金屬-半導體場效應晶體管（MESFET）和金屬—絕緣體—半導體場效應晶體管（MISFET）。

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）絕緣柵雙極型晶體管IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復合而成的功率半導體分立器件，它的控制極為絕緣柵場效應晶體管，輸出極為雙極型功率晶體管，因而兼有兩者速度和驅動能力的優(yōu)點，克服了兩者的缺點。目前耐壓達5kV甚至更高，電流達1.2kA。

。 功率半導體分立器件模塊

分立器件功率模塊是由兩個或兩個以上半導體分立器件芯片按一定電路連接并安裝在陶瓷基覆銅板（DCB）上，用彈性硅凝膠等保護材料密封在一個絕緣外殼內或采用塑料封裝，實現(xiàn)半導體分立器件功能的模塊。主要應用于高壓大電流場合，如智能電網、高鐵/動車組等。

。 寬禁帶功率半導體器件

SiC功率半導體器件包括SiC功率二極管、SiC JFET、SiC MOSFET、SiC IGBT、SiC功率模塊。

GaN功率半導體器件包括GaNHEMT基于GaN半導體材料制作的高電子遷移率晶體管，GaN二極管。

以上就是功率半導體分立器件基礎知識點介紹的所有內容，功率器件幾乎用于所有的電子制造業(yè)，包括計算機領域的筆記本、PC、服務器、顯示器以及各種外設;網絡通信領域的手機、電話以及其它各種終端和局端設備。

來源：ICGOO在線商城

審核編輯 ：李倩