什么是功率半導體？有哪些類型？主要應用領域介紹

1功率半導體是什么?

功率半導體在電子電路中能夠實現功率轉換、功率開關、功率放大、線路保護和整流等功能，它是電子裝置中實現電能轉換與電路控制的核心，作用是改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等。

2 功率半導體分類

功率半導體有功率器件和功率IC，功率器件又包含二極管、晶體管和晶閘管，其中晶體管又可根據應用領域和制程可劃分為絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)、MOSFET和雙極型晶體管等；功率IC是一種模擬IC，主要有電源管理IC、驅動IC、AC/DC 和 DC/DC等。

(1)二極管:結構接單，具有單向導電性，廣泛應用于消費電子中，主要包括肖特基二極管(SBD)、快恢復二極管(FRD)、超快速恢復二極管、小電流整流二極管、變容二極管等種類。其中SBD適用于小功率場景，而 FRD則適用于較大功率場景;

(2)晶閘管:體積較小，可靠性高，承受電壓和電流容量在所有器件中最高，最基礎的為SCR(可控硅)、其次常見的有GTO(門極可關斷晶閘管)，多用于高壓直流輸電和軌交領域;

(3)晶體管:是市場份額最大的種類,根據應用領域和制程的不同,又可分為IGBT,MOSFET和雙極型晶體管等。

①MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)中文為金氧半場效晶體管，使用在模擬電路和數字電路的一種場效應晶體管，可以廣泛的運用于開關電源、鎮流器、高頻感應加熱等領域。MOSFET的優勢是能夠實現較大的導通電流，使其達到上千安培，并且可以在較高頻率下運行可以達到MHz甚至幾十MHz，具有驅動簡單、高頻特性好的特點，缺點是器件的耐壓能力一般。

②IGBT是BJT和MOSFET組成的復合功率半導體器件，同時具備二者的優點，具有開關速度高、輸入阻抗高、控制功率低、驅動電路簡單、開關損耗小、導通電壓低、通態電流大、損耗小等優點。它是電子行業的CPU。

3 不同功率半導體的應用場景

由于不同功率半導體產品具有不同的性能，因而它們的應用場景也不相同。

(1)二極管主要用于整流、檢波以及作為開關元件。作為最常用的電子元件之一，二極管具有單向導電性，可承受的電壓電流較小，因此二極管主要用于整流、檢波以及作為開關元件;

(2)晶閘管廣泛應用在可控整理、交流調壓、變頻器和逆變器等電路中。晶閘管能在高壓和大電流下的情況下工作，具有雙向、逆導、門極關斷、BTG和溫控晶閘管等不同類型，被廣泛應用于可控整理、交流調壓、變頻器和逆變器等電路中;

(3)晶體管是電子電路的核心元件，主流的晶體管有MOSFET和IGBT，其中，MOSFET廣泛的運用于開關電源、鎮流器、高頻感應加熱等領域，IGBT適應于低頻率、高功率的場景，廣泛應用于逆變器、變頻器和電源開關等領域。前者具有驅動簡單、高頻特性好的特點，具有雙向導電特性，主要用于高頻率，低功率的工作環境，廣泛運用于消費電子、通信、工控和汽車電子等領域;IGBT則具有開關頻率高、不耐超高壓和可改變電壓等特征，主要適用于低頻率、高功率的工作環境，廣泛應用于逆變器、變頻器和電源開關等領域。

MOSFET、IGBT等功率半導體器件是汽車電動化的受益核心。新能源汽車需要使用大量的電力設備，將實現能量的轉換。新能源汽車中AC/DC充電機變換器、DC/DC升壓變換器、DC/DC降壓變換器、雙向DC/AC逆變器、充電樁等部件需要了大量的功率半導體實現能量的轉換。

(4)功率IC：是將控制電路和大功率器件集成在同一片芯片上的集成電路，體積小，重量輕，壽命長，性能好，廣泛應用于計算機、網絡通信、消費電子和工業控制等領域。

來源：《2020中國功率半導體應用領域行業市場格局現狀分析產業研究報告（30頁）.docx》

《電子行業功率半導體專題報告：下游需求旺盛國產替代進行時-210929（19頁）.pdf》