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1.8 功率半导体器件的发展

1.8.1 功率半导体器件的发展历程

1956年晶闸管被发明并于次年由美国通用电气(GE)公司推出商品,是半导体应用由弱电跨入强电的里程碑。其后平面工艺和外延技术的发明,又使半导体器件向两大分支发展:一支以晶体管或其他半导体器件组成越来越小的集成电路,为适应微型化发展,形成了以半导体集成电路为主体的新兴学科——微电子学;另一分支则是以晶闸管为主体的功率(电力)半导体分立器件,向越来越大的功率方向发展。随着新技术、新工艺的出现,特别是微电子精细加工技术的引入,使功率半导体器件种类更多,应用范围更广。功率半导体器件的发展历程可分如下几个阶段:

(1)晶闸管时代

晶闸管属于半控型器件,只能通过门极信号使其开通,不能通过门极信号进行关断,需要借助强迫换向电路实现关断,这使晶闸管的应用受到很大的限制。

(2)全控型器件

20世纪70年代后期,以双极型功率晶体管、GTO晶闸管及功率MOSFET为代表的全控型器件迅速发展。这类器件通过对其控制极(基极、门极或栅极)施加电流或电压信号实现开通和关断。

(3)复合型全控器件和智能功率集成电路

20世纪80年代中期,在功率MOSFET的基础上形成了以IGBT为代表的复合型全控器件并得到迅速发展,而且将IGBT与驱动电路、控制电路、保护电路及检测电路集成化,形成了智能功率集成电路(SPIC)或智能功率模块。在GTO晶闸管的基础上发展了IGCT、ETO及MTO等新一代大功率的复合型器件。

功率MOSFET和IGBT等新一代功率半导体器件的诞生将功率半导体器件的工作频率提高到20kHz以上。相对于传统功率器件而言,这些器件除具有高工作频率外,还属于电压控制型器件,其驱动电路简单,逐渐成为功率半导体器件的主流和发展方向,被称为现代功率半导体器件,都是以超大规模集成电路的微细加工技术和MOS工艺为基础,为功率半导体器件的集成化、智能化和单片系统化提供了可能,促进了PIC的迅速发展。 sgs5GXQs7oi3pJacvbJYiuyfJycX7BMDNZy5ZBEsva7Dx1tF6HUTRv4JXP2FKtM4

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