電力電子器件又稱為功率半導(dǎo)體器件，主要用于電力設(shè)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(dǎo)體大致可分為功率半導(dǎo)體分立器件（Power Discrete，包括功率模塊）和功率半導(dǎo)體集成電路（Power IC）兩大類，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖所示。其中，功率半導(dǎo)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(xì)分的半導(dǎo)體器件。

功率半導(dǎo)體分立器件工藝流程

功率半導(dǎo)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(jìn)行芯片封裝，對(duì)加工完畢的芯片進(jìn)行技術(shù)性能指標(biāo)測(cè)試，其中主要生產(chǎn)工藝有外延工藝、光刻工藝、刻蝕工藝、離子注入工藝和擴(kuò)散工藝等。

。 外延工藝技術(shù)

對(duì)于Si功率半導(dǎo)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(zhǎng)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(nèi)。

對(duì)于SiC功率半導(dǎo)體器件，生長(zhǎng)出低缺陷密度的單晶十分困難，因SiC襯底晶體生長(zhǎng)需在2300°C的溫度下進(jìn)行，需在H2保護(hù)氣氛下，用SiH4和CH4或C3H8作為反應(yīng)氣體，其生長(zhǎng)速率一般每小時(shí)只有幾微米，且仍存在SiC襯底中的晶體缺陷擴(kuò)展到外延層的問(wèn)題，因而SiC晶片成本特別是高質(zhì)量大面積的SiC晶片成本遠(yuǎn)高于Si晶片。

。 光刻工藝技術(shù)

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

。 刻蝕工藝技術(shù)

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

。 離子注入工藝技術(shù)

離子注入是通過(guò)高技術(shù)設(shè)備將器件需要的摻雜元素注入到硅片中。

。 擴(kuò)散工藝技術(shù)

半導(dǎo)體摻雜工藝的主要目的在于控制半導(dǎo)體中特定區(qū)域內(nèi)雜質(zhì)的類型、濃度、深度和PN結(jié)。擴(kuò)散技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目的的簡(jiǎn)單而方便的途徑。

功率半導(dǎo)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(jié)的單向?qū)щ娫砉ぷ鞯模哂袠O低的通態(tài)電阻，稱為PIN二極管。從應(yīng)用的角度，PIN二極管可以分成整流二極管與快恢復(fù)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(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)作為肖特基勢(shì)壘，以產(chǎn)生整流的效果，在中、高等功率領(lǐng)域中應(yīng)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(wú)加熱燈絲、壽命長(zhǎng)、可靠性高、價(jià)格便宜，多應(yīng)用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、高壓直流輸電（HVDC）、動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償、超大電流電解等場(chǎng)合。

。 晶體管

晶體管是能夠提供電功率放大并具有三個(gè)或更多電極的一種半導(dǎo)體器件。

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

按照主要工藝，分為雙極晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管。雙極晶體管屬于流控器件，響應(yīng)速度快，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)；場(chǎng)效應(yīng)管屬于壓控器件，輸入阻抗高，功率消耗相對(duì)較低。

雙極晶體管是至少具有兩個(gè)結(jié)，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(chǎng)效應(yīng)晶體管是其流過(guò)導(dǎo)電溝道的電流受施加在柵源引出端間的電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)所控制的一種晶體管。場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要可以分為：結(jié)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JFET），金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MESFET）和金屬—絕緣體—半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)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(fù)合而成的功率半導(dǎo)體分立器件，它的控制極為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)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(qū)動(dòng)能力的優(yōu)點(diǎn)，克服了兩者的缺點(diǎn)。目前耐壓達(dá)5kV甚至更高，電流達(dá)1.2kA。

。 功率半導(dǎo)體分立器件模塊

分立器件功率模塊是由兩個(gè)或兩個(gè)以上半導(dǎo)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(hù)材料密封在一個(gè)絕緣外殼內(nèi)或采用塑料封裝，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體分立器件功能的模塊。主要應(yīng)用于高壓大電流場(chǎng)合，如智能電網(wǎng)、高鐵/動(dòng)車組等。

。 寬禁帶功率半導(dǎo)體器件

SiC功率半導(dǎo)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(dǎo)體器件包括GaNHEMT基于GaN半導(dǎo)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(dǎo)體分立器件基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)介紹的所有內(nèi)容，功率器件幾乎用于所有的電子制造業(yè)，包括計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的筆記本、PC、服務(wù)器、顯示器以及各種外設(shè);網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的手機(jī)、電話以及其它各種終端和局端設(shè)備。

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審核編輯 ：李倩