功率半导体分立器件基础知识点介绍

电力电子器件又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件。功率半导体大致可分为功率半导体分立器件（Power Discrete，包括功率模块）和功率半导体集成电路（Power IC）两大类，在半导体产业中的结构关系如图1所示。其中，功率半导体分立器件是指被规定完成某种基本功能，并且本身在功能上不能再细分的半导体器件。

功率半导体分立器件工艺流程

功率半导体分立器件的主要工艺流程包括：在硅圆片上加工芯片（主要流程为薄膜制造、曝光和刻蚀），进行芯片封装，对加工完毕的芯片进行技术性能指标测试，其中主要生产工艺有外延工艺、光刻工艺、刻蚀工艺、离子注入工艺和扩散工艺等。

. 外延工艺技术

对于Si功率半导体器件，外延工艺是根据不同硅源（SiH2CL2、SiHCL3、SiCL4），在1100-1180°C温度下在硅片表面再长一层或多层本征（不掺杂）、N型（掺PH3）或P型（掺B2H6）的单晶硅，并且，要将硅层的厚度和电阻率、厚度和电阻率的均匀性、表面的缺陷控制在允许范围内。

对于SiC功率半导体器件，生长出低缺陷密度的单晶十分困难，因SiC衬底晶体生长需在2300°C的温度下进行，需在H2保护气氛下，用SiH4和CH4或C3H8作为反应气体，其生长速率一般每小时只有几微米，且仍存在SiC衬底中的晶体缺陷扩展到外延层的问题，因而SiC晶片成本特别是高质量大面积的SiC晶片成本远高于Si晶片。

. 光刻工艺技术

光刻工艺是将掩膜（光刻板）图形转移到衬底表面的光刻胶上形成产品所需要图形的工艺技术，光刻机的精度一般是指光刻时所得到的光刻图形的最小尺寸。分辨率越高,就能得到越细的线条，集成度也越高。

. 刻蚀工艺技术

刻蚀是用物理或化学的方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程，刻蚀的基本作用是准确地复制掩膜图形，以保证生产线中各种工艺正常进行。包括湿法刻蚀、干法刻蚀及等离子增强反应离子刻蚀、电子回旋共振刻蚀（ECR）、感应耦合等离子体刻蚀（ICP）等其他先进蚀刻技术。

. 离子注入工艺技术

离子注入是通过高技术设备将器件需要的掺杂元素注入到硅片中。

. 扩散工艺技术

半导体掺杂工艺的主要目的在于控制半导体中特定区域内杂质的类型、浓度、深度和PN结。扩散技术是实现这一目的的简单而方便的途径。

功率半导体分立器件包括哪些?

. 功率二极管

PIN二极管：大多数功率二极管主要是依靠PN结的单向导电原理工作的，具有极低的通态电阻，称为PIN二极管。从应用的角度，PIN二极管可以分成整流二极管与快恢复二极管。

肖特基二极管：肖特基二极管是单极器件，利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结作为肖特基势垒，以产生整流的效果，在中、高等功率领域中应用广泛。

. 晶闸管

晶闸管通常称为可控硅，是一种半控整流器件，体积小、无加热灯丝、寿命长、可靠性高、价格便宜，多应用在电机驱动控制、高压直流输电(HVDC)、动态无功功率补偿、超大电流电解等场合。

. 晶体管

晶体管是能够提供电功率放大并具有三个或更多电极的一种半导体器件。

按照主要用途，分为两大类：开关管和放大管。开关管工作在截止区和饱和区，多用于数字电路，实现逻辑功能；放大管一般工作在线性区附近，应用于模拟电路，实现信号或功率放大。

按照主要工艺，分为双极晶体管和场效应晶体管。双极晶体管属于流控器件，响应速度快，驱动能力强；场效应管属于压控器件，输入阻抗高，功率消耗相对较低。

双极晶体管是至少具有两个结，其功能依赖于多数载流子和少数载流子的一种晶体管。

场效应晶体管是其流过导电沟道的电流受施加在栅源引出端间的电压产生的电场所控制的一种晶体管。场效应晶体管主要可以分为：结栅场效应晶体管(JFET)，金属-半导体场效应晶体管(MESFET)和金属—绝缘体—半导体场效应晶体管(MISFET)。

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的功率半导体分立器件，它的控制极为绝缘栅场效应晶体管，输出极为双极型功率晶体管，因而兼有两者速度和驱动能力的优点，克服了两者的缺点。目前耐压达5kV甚至更高，电流达1.2kA。

. 功率半导体分立器件模块

分立器件功率模块是由两个或两个以上半导体分立器件芯片按一定电路连接并安装在陶瓷基覆铜板(DCB)上，用弹性硅凝胶等保护材料密封在一个绝缘外壳内或采用塑料封装，实现半导体分立器件功能的模块。主要应用于高压大电流场合，如智能电网、高铁/动车组等。

. 宽禁带功率半导体器件

SiC功率半导体器件包括SiC功率二极管、SiC JFET、SiC MOSFET、SiC IGBT、SiC功率模块。

GaN功率半导体器件包括GaNHEMT基于GaN半导体材料制作的高电子迁移率晶体管，GaN二极管。

以上就是功率半导体分立器件基础知识点介绍的所有内容，功率器件几乎用于所有的电子制造业,包括计算机领域的笔记本、PC、服务器、显示器以及各种外设;网络通信领域的手机、电话以及其它各种终端和局端设备。