電力電子元器件的最新發(fā)展現(xiàn)狀

1、1電力電子器件的最新發(fā)展現(xiàn)狀電力電子器件的最新發(fā)展現(xiàn)狀課程：電力電子器件課程：電力電子器件 -2-目目 錄錄 電力電子器件的回顧電力電子器件的回顧 IGBT模塊的最新發(fā)展模塊的最新發(fā)展 MCT:MOS控制晶閘管控制晶閘管 IPEM：集成電力電子模塊：集成電力電子模塊 靜電感應(yīng)晶體管靜電感應(yīng)晶體管SIT和靜電感應(yīng)晶閘管和靜電感應(yīng)晶閘管SITH 采用新型半導(dǎo)體材料制造的新型半導(dǎo)體器件采用新型半導(dǎo)體材料制造的新型半導(dǎo)體器件 -3- 電力電子器件又稱作開關(guān)器件，相當(dāng)于信號電路中的電力電子器件又稱作開關(guān)器件，相當(dāng)于信號電路中的A/D采樣，稱之為功采樣，稱之為功率采樣，器件的工作過就是能量過渡過程，其可靠

2、性決定了系統(tǒng)的可靠性。率采樣，器件的工作過就是能量過渡過程，其可靠性決定了系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)可控程度可以把電力電子器件分成三類：根據(jù)可控程度可以把電力電子器件分成三類：不可控器件不可控器件電力二極管（電力二極管（Power Diode） 電力二極管在電力二極管在20世紀(jì)世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用，當(dāng)時(shí)也被稱為半導(dǎo)體整流年代初期就獲得應(yīng)用，當(dāng)時(shí)也被稱為半導(dǎo)體整流器；它是以半導(dǎo)體器；它是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)正向?qū)?、反向截止的功能；電力二極結(jié)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)正向?qū)?、反向截止的功能；電力二極管是不可控器件，其導(dǎo)通和關(guān)斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決管是不可控器件，其導(dǎo)通和關(guān)斷完全是由其在

3、主電路中承受的電壓和電流決定的，因此目前電力二極管基本上已經(jīng)被全控型器件所代替。定的，因此目前電力二極管基本上已經(jīng)被全控型器件所代替。半控型器件半控型器件第一代電力電子器件第一代電力電子器件 上個(gè)世紀(jì)上個(gè)世紀(jì)50年代，美國通用電氣公司發(fā)明的硅晶閘管的問世，標(biāo)志著電年代，美國通用電氣公司發(fā)明的硅晶閘管的問世，標(biāo)志著電力電子技術(shù)的開端。此后，晶閘管力電子技術(shù)的開端。此后，晶閘管(SCR)的派生器件越來越多，的派生器件越來越多， 到了70年代一、電力電子器件的回顧一、電力電子器件的回顧4 已經(jīng)派生了快速晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、雙向晶閘管、不對稱晶閘管等半已經(jīng)派生了快速晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、雙向晶閘管、不對

4、稱晶閘管等半控型器件，功率越來越大，性能日益完善。但是由于晶閘管本身工作頻控型器件，功率越來越大，性能日益完善。但是由于晶閘管本身工作頻率較低（一般低于率較低（一般低于400Hz400Hz），大大限制了它的應(yīng)用。此外，關(guān)斷這些器件，），大大限制了它的應(yīng)用。此外，關(guān)斷這些器件，需要強(qiáng)迫換相電路，使得整體重量和體積增大、效率和可靠性降低。需要強(qiáng)迫換相電路，使得整體重量和體積增大、效率和可靠性降低。全控型器件全控型器件第二代電力電子器件第二代電力電子器件 隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破以及需求的發(fā)展，早期的小功率、低頻、半控隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破以及需求的發(fā)展，早期的小功率、低頻、半控型器件發(fā)展到了現(xiàn)在的超大功率、

5、高頻、全控型器件。由于全控型器件型器件發(fā)展到了現(xiàn)在的超大功率、高頻、全控型器件。由于全控型器件可以控制開通和關(guān)斷，大大提高了開關(guān)控制的靈活性。自可以控制開通和關(guān)斷，大大提高了開關(guān)控制的靈活性。自7070年代后期以年代后期以來，可關(guān)斷晶閘管來，可關(guān)斷晶閘管(GTO)(GTO)、電力晶體管、電力晶體管(GTR(GTR或或BJT)BJT)及其模塊相繼實(shí)用化。及其模塊相繼實(shí)用化。此后各種高頻全控型器件不斷問世，并得到迅速發(fā)展。這些器件主要有此后各種高頻全控型器件不斷問世，并得到迅速發(fā)展。這些器件主要有等等。 5 眾所周知眾所周知一個(gè)理想的功率器件，應(yīng)當(dāng)具有下列理一個(gè)理想的功率器件，應(yīng)當(dāng)具有下列理想的靜

6、態(tài)和動(dòng)態(tài)特性：在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)能承受高電壓在想的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性：在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)能承受高電壓在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，具有大電流和很低的壓降；在開關(guān)轉(zhuǎn)換導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，具有大電流和很低的壓降；在開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)，具有短的開、關(guān)時(shí)間，能承受高時(shí)，具有短的開、關(guān)時(shí)間，能承受高電壓變化率和電電壓變化率和電流變化率流變化率的以及具有全控功能。的以及具有全控功能。 當(dāng)前功率器件研究工作的重點(diǎn)主要集中在研究現(xiàn)有當(dāng)前功率器件研究工作的重點(diǎn)主要集中在研究現(xiàn)有功率器件的性能改進(jìn)、功率器件的性能改進(jìn)、MOS門控晶閘管以及采用新型門控晶閘管以及采用新型半導(dǎo)體材料制造新型的功率器件等。下面就對近年來半導(dǎo)體材料制造新型的功率器件等。下面就對近年來上

7、述器件的最新發(fā)展加以綜述。上述器件的最新發(fā)展加以綜述。 -6-二、二、IGBT模塊的最新發(fā)展模塊的最新發(fā)展 1.1.高功率溝槽柵結(jié)構(gòu)高功率溝槽柵結(jié)構(gòu)IGBTIGBT（Trench IGBTTrench IGBT）模塊）模塊 當(dāng)今高功率當(dāng)今高功率IGBTIGBT模塊中的模塊中的IGBTIGBT元胞通常多采用溝槽柵結(jié)構(gòu)元胞通常多采用溝槽柵結(jié)構(gòu)IGBTIGBT。與平面。與平面柵結(jié)構(gòu)相比，溝槽柵結(jié)構(gòu)通常采用柵結(jié)構(gòu)相比，溝槽柵結(jié)構(gòu)通常采用1m1m加工精度，提高了元胞密度。由于門加工精度，提高了元胞密度。由于門極溝的存在，使得導(dǎo)通電阻下降。為增加長基區(qū)厚度、提高器件耐壓創(chuàng)造了極溝的存在，使得導(dǎo)通電阻下降。

8、為增加長基區(qū)厚度、提高器件耐壓創(chuàng)造了條件。所以近幾年來出現(xiàn)的高耐壓大電流條件。所以近幾年來出現(xiàn)的高耐壓大電流IGBTIGBT器件均采用這種結(jié)構(gòu)。該元件器件均采用這種結(jié)構(gòu)。該元件的發(fā)射結(jié)采用了與的發(fā)射結(jié)采用了與GTOGTO類似的平板壓接結(jié)構(gòu)，采用更高效的芯片兩端散熱方式。類似的平板壓接結(jié)構(gòu)，采用更高效的芯片兩端散熱方式。避免了大電流避免了大電流IGBTIGBT模塊內(nèi)部大量的電極引出線，提高了可靠性和減小了引線模塊內(nèi)部大量的電極引出線，提高了可靠性和減小了引線電感，缺點(diǎn)是芯片面積利用率下降。所以這種平板壓接結(jié)構(gòu)的高壓大電流電感，缺點(diǎn)是芯片面積利用率下降。所以這種平板壓接結(jié)構(gòu)的高壓大電流IGBTIG

9、BT模塊也可望成為高功率高電壓變流器的優(yōu)選功率器件。模塊也可望成為高功率高電壓變流器的優(yōu)選功率器件。7 2. 2. 新型大功率新型大功率IGBTIGBT模塊模塊- - 電子注入增強(qiáng)柵晶體管電子注入增強(qiáng)柵晶體管IEGTIEGT（Injection Injection Enhanced Gate TrangistorEnhanced Gate Trangistor） 近年來，日本東芝公司開發(fā)了近年來，日本東芝公司開發(fā)了IEGTIEGT，與，與IGBTIGBT一樣，它也分平面柵一樣，它也分平面柵和溝槽柵兩種結(jié)構(gòu)和溝槽柵兩種結(jié)構(gòu)。IEGTIEGT兼有兼有IGBTIGBT和和GTOGTO兩者的某些優(yōu)點(diǎn)：

10、低的飽和兩者的某些優(yōu)點(diǎn)：低的飽和壓降，寬的安全工作區(qū)（吸收回路容量僅為壓降，寬的安全工作區(qū)（吸收回路容量僅為GTOGTO的的1/101/10左右），低的左右），低的柵極驅(qū)動(dòng)功率（比柵極驅(qū)動(dòng)功率（比GTOGTO低低2 2個(gè)數(shù)量級）和較高的工作頻率。加之該器件個(gè)數(shù)量級）和較高的工作頻率。加之該器件采用了平板壓接式電極引出結(jié)構(gòu)，可望有較高的可靠性。采用了平板壓接式電極引出結(jié)構(gòu)，可望有較高的可靠性。 IEGTIEGT之所以有前述這些優(yōu)良的特性，是由于它利用了之所以有前述這些優(yōu)良的特性，是由于它利用了“電子注入電子注入增強(qiáng)效應(yīng)增強(qiáng)效應(yīng)”。與。與IGBTIGBT相比，相比，IEGTIEGT結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是

11、柵極長度結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是柵極長度LgLg較長，較長，N N長基區(qū)近柵極側(cè)的橫向電阻值較高，因此從集電極注入長基區(qū)近柵極側(cè)的橫向電阻值較高，因此從集電極注入N N長基區(qū)的空長基區(qū)的空穴，不像在穴，不像在IGBTIGBT中那樣，順利地橫向通過中那樣，順利地橫向通過P P區(qū)流入發(fā)射極，而是在該區(qū)流入發(fā)射極，而是在該區(qū)域形成一層空穴積累層。為了保持該區(qū)域的電中性，發(fā)射極必須通區(qū)域形成一層空穴積累層。為了保持該區(qū)域的電中性，發(fā)射極必須通過過N N溝道向溝道向N N長基區(qū)注入大量的電子。這樣就使長基區(qū)注入大量的電子。這樣就使N N長基區(qū)發(fā)射極側(cè)也形長基區(qū)發(fā)射極側(cè)也形成了高濃度載流子積累，在成了高濃度載流子

12、積累，在N N長基區(qū)中形成與長基區(qū)中形成與GTOGTO中類似的載流子分布，中類似的載流子分布，從而較好地解決了大電流、高耐壓的矛盾。目前該器件已達(dá)到從而較好地解決了大電流、高耐壓的矛盾。目前該器件已達(dá)到4.5kV 4.5kV /1kA/1kA的水平。的水平。 8 3. 3.IGCTIGCT：集成門極換流晶閘管：集成門極換流晶閘管 IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors)IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors)是一種用于巨是一種用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導(dǎo)體器件。型電力電子成套裝置中的新型

13、電力半導(dǎo)體器件。IGCTIGCT使變流裝置在功使變流裝置在功率、可靠性、開關(guān)速度、效率、成本、重量和體積等方面都取得了巨率、可靠性、開關(guān)速度、效率、成本、重量和體積等方面都取得了巨大進(jìn)展，給電力電子成套裝置帶來了新的飛躍。大進(jìn)展，給電力電子成套裝置帶來了新的飛躍。IGCIGC是將是將GTOGTO芯片與反芯片與反并聯(lián)二極管和門極驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，再與其門極驅(qū)動(dòng)器在外圍以并聯(lián)二極管和門極驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，再與其門極驅(qū)動(dòng)器在外圍以低電感方式連接，結(jié)合了晶體管的穩(wěn)定關(guān)斷能力和晶閘管低通態(tài)損耗低電感方式連接，結(jié)合了晶體管的穩(wěn)定關(guān)斷能力和晶閘管低通態(tài)損耗的優(yōu)點(diǎn)，在導(dǎo)通階段發(fā)揮晶閘管的性能，關(guān)斷階段呈現(xiàn)

14、晶體管的特性。的優(yōu)點(diǎn)，在導(dǎo)通階段發(fā)揮晶閘管的性能，關(guān)斷階段呈現(xiàn)晶體管的特性。IGCTIGCT具有電流大、電壓高、開關(guān)頻率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、損耗具有電流大、電壓高、開關(guān)頻率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低等特點(diǎn)，而且造成本低，成品率高，有很好的應(yīng)用前景。低等特點(diǎn)，而且造成本低，成品率高，有很好的應(yīng)用前景。 采用晶閘管技術(shù)的采用晶閘管技術(shù)的GTOGTO是常用的大功率開關(guān)器件，它相對于采用是常用的大功率開關(guān)器件，它相對于采用晶體管技術(shù)的晶體管技術(shù)的IGBTIGBT在截止電壓上有更高的性能，但廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)在截止電壓上有更高的性能，但廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)GTOGTO驅(qū)動(dòng)技術(shù)造成不均勻的開通和關(guān)斷過程，需

15、要高成本的驅(qū)動(dòng)技術(shù)造成不均勻的開通和關(guān)斷過程，需要高成本的dv/dtdv/dt和和di/dtdi/dt吸收電路和較大功率的柵極驅(qū)動(dòng)單元，因而造成可靠性下降，吸收電路和較大功率的柵極驅(qū)動(dòng)單元，因而造成可靠性下降，價(jià)格較高，也不利于串聯(lián)。但是，在大功率價(jià)格較高，也不利于串聯(lián)。但是，在大功率MCTMCT技術(shù)尚未成熟以前，技術(shù)尚未成熟以前，IGCTIGCT已經(jīng)成為高壓大功率低頻交流器的優(yōu)選方案。已經(jīng)成為高壓大功率低頻交流器的優(yōu)選方案。 -9-三、三、MCT:MOS控制晶閘管控制晶閘管 MCT（MOS Controlled Thyristor）是將是將MOSFET與晶閘管組合與晶閘管組合而成的復(fù)合型器件

16、。而成的復(fù)合型器件。MCTMCT將將MOSFET的高輸入阻抗、低驅(qū)動(dòng)功率、快的高輸入阻抗、低驅(qū)動(dòng)功率、快速的開關(guān)過程和晶閘管的高電壓大電流、低導(dǎo)通壓降的特點(diǎn)結(jié)合起來，速的開關(guān)過程和晶閘管的高電壓大電流、低導(dǎo)通壓降的特點(diǎn)結(jié)合起來，也是也是Bi-MOS器件的一種。一個(gè)器件的一種。一個(gè)MCT器件由數(shù)以萬計(jì)的器件由數(shù)以萬計(jì)的MCT元組成，元組成，每個(gè)元的組成為：一個(gè)每個(gè)元的組成為：一個(gè)PNPN晶閘管，一個(gè)控制該晶閘管開通的晶閘管，一個(gè)控制該晶閘管開通的MOSFET，和一個(gè)控制該晶閘管關(guān)斷的，和一個(gè)控制該晶閘管關(guān)斷的MOSFET。 MCT具有高電壓、大電流、高載流密度、低通態(tài)壓降的特點(diǎn)。其具有高電壓、大

17、電流、高載流密度、低通態(tài)壓降的特點(diǎn)。其通態(tài)壓降只有通態(tài)壓降只有GTR的的1/3左右，硅片的單位面積連續(xù)電流密度在各種左右，硅片的單位面積連續(xù)電流密度在各種10 器件中是最高的。另外，器件中是最高的。另外，MCTMCT可承受極高的可承受極高的di/dtdi/dt和和du/dtdu/dt，使得其保護(hù)電路可以簡化。使得其保護(hù)電路可以簡化。MCTMCT的開關(guān)速度超高的開關(guān)速度超高GTR,GTR,開關(guān)損開關(guān)損耗也小。耗也小。 MCTMCT曾一度被認(rèn)為是一種最有發(fā)展前途的電力電子器曾一度被認(rèn)為是一種最有發(fā)展前途的電力電子器件。因此，件。因此，2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代以來一度成為研究的熱點(diǎn)。但經(jīng)過年代以

18、來一度成為研究的熱點(diǎn)。但經(jīng)過十多年的十多年的研究研究，其關(guān)鍵技術(shù)問題沒有大的突破，電壓和電流，其關(guān)鍵技術(shù)問題沒有大的突破，電壓和電流容量都遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期的數(shù)值，未能投入實(shí)際應(yīng)用。而其競爭容量都遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期的數(shù)值，未能投入實(shí)際應(yīng)用。而其競爭對手對手IGBTIGBT卻進(jìn)展飛速，所以，目前從事卻進(jìn)展飛速，所以，目前從事MCTMCT研究的人不是很研究的人不是很多。多。 -11-四、IPEM：集成電力電子模塊 IPEM(Intergrated Power Elactronics Modules)是將是將電力電子裝置的諸多器件集成在一起的模塊。它首先將半電力電子裝置的諸多器件集成在一起的模塊。它首先將半導(dǎo)體

19、器件導(dǎo)體器件MOSFET、IGBT或或MCT與二極管的芯片封裝在與二極管的芯片封裝在一起組成一個(gè)積木單元，然后將這些積木單元迭裝到開孔一起組成一個(gè)積木單元，然后將這些積木單元迭裝到開孔的高電導(dǎo)率的絕緣陶瓷襯底上，在它的下面依次是銅基板、的高電導(dǎo)率的絕緣陶瓷襯底上，在它的下面依次是銅基板、氧化鈹瓷片和散熱片。在積木單元的上部，則通過表面貼氧化鈹瓷片和散熱片。在積木單元的上部，則通過表面貼裝將控制電路、門極驅(qū)動(dòng)、電流和溫度傳感器以及保護(hù)電裝將控制電路、門極驅(qū)動(dòng)、電流和溫度傳感器以及保護(hù)電路集成在一個(gè)薄絕緣層上。路集成在一個(gè)薄絕緣層上。IPEM實(shí)現(xiàn)了電力電子技術(shù)的實(shí)現(xiàn)了電力電子技術(shù)的智能化和模塊化，

20、大大降低了電路接線電感、系統(tǒng)噪聲和智能化和模塊化，大大降低了電路接線電感、系統(tǒng)噪聲和寄生振蕩，提高了系統(tǒng)效率及可靠性。寄生振蕩，提高了系統(tǒng)效率及可靠性。 -12-五、五、 靜電感應(yīng)晶體管靜電感應(yīng)晶體管 SIT SIT 靜電感應(yīng)晶靜電感應(yīng)晶閘管閘管 SITH SITH 1.靜電感應(yīng)晶體管靜電感應(yīng)晶體管SIT（Static Induction Transistor） 在普通結(jié)型場效應(yīng)晶體管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的單極型電壓控制器件，在普通結(jié)型場效應(yīng)晶體管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的單極型電壓控制器件，有源、柵、漏三個(gè)電極有源、柵、漏三個(gè)電極,它的源漏電流受柵極上的外加垂直電場控制。它的源漏電流受柵極上的外加垂直電場控

21、制。其結(jié)構(gòu)可分為平面柵型、埋柵型和準(zhǔn)平面型三大類。其結(jié)構(gòu)可分為平面柵型、埋柵型和準(zhǔn)平面型三大類。SIT與普通的結(jié)與普通的結(jié)型場效應(yīng)晶體管的最大區(qū)別就是在溝道中有多子勢壘存在，該勢壘阻型場效應(yīng)晶體管的最大區(qū)別就是在溝道中有多子勢壘存在，該勢壘阻礙著電子從源向漏的流動(dòng)，勢壘大小即受柵礙著電子從源向漏的流動(dòng)，勢壘大小即受柵-源間電壓的控制，也受源間電壓的控制，也受源源-漏間電壓的控制。漏間電壓的控制。SIT器件的工作原理就是通過改變柵極和漏極電器件的工作原理就是通過改變柵極和漏極電壓來改變溝道勢壘高度，從而控制來自源區(qū)的多數(shù)載流子的數(shù)量，通壓來改變溝道勢壘高度，從而控制來自源區(qū)的多數(shù)載流子的數(shù)量，通

22、過靜電方式控制溝道內(nèi)部電位分布，從而實(shí)現(xiàn)對溝道電流的控制。過靜電方式控制溝道內(nèi)部電位分布，從而實(shí)現(xiàn)對溝道電流的控制。SIT的輸出特性曲線呈現(xiàn)與真空三極管類似的非飽和特性的輸出特性曲線呈現(xiàn)與真空三極管類似的非飽和特性。 13 靜電感應(yīng)晶體管靜電感應(yīng)晶體管 SIT SIT是一種電壓控制器件。在零柵壓或很小的負(fù)是一種電壓控制器件。在零柵壓或很小的負(fù)柵壓時(shí)，溝道區(qū)已全部耗盡，呈夾斷狀態(tài)，靠近源極一側(cè)的溝道中出現(xiàn)柵壓時(shí)，溝道區(qū)已全部耗盡，呈夾斷狀態(tài)，靠近源極一側(cè)的溝道中出現(xiàn)呈馬鞍形分布的勢壘，由源極流向漏極的電流完全受此勢壘的控制。在呈馬鞍形分布的勢壘，由源極流向漏極的電流完全受此勢壘的控制。在漏極上加

23、一定的電壓后，勢壘下降，源漏電流開始流動(dòng)。漏壓越高漏極上加一定的電壓后，勢壘下降，源漏電流開始流動(dòng)。漏壓越高, ,越大越大, ,亦即亦即SITSIT的源漏極之間是靠漏電壓的靜電感應(yīng)保持其連接的的源漏極之間是靠漏電壓的靜電感應(yīng)保持其連接的, ,因此稱為靜因此稱為靜電感應(yīng)晶體管。電感應(yīng)晶體管。 靜電感應(yīng)晶體管靜電感應(yīng)晶體管SITSIT主要有三種結(jié)構(gòu)形式主要有三種結(jié)構(gòu)形式: :埋柵結(jié)構(gòu)、表面電極結(jié)埋柵結(jié)構(gòu)、表面電極結(jié)構(gòu)和介質(zhì)覆蓋柵結(jié)構(gòu)。埋柵結(jié)構(gòu)是典型結(jié)構(gòu)，適用于低頻大功率器件；構(gòu)和介質(zhì)覆蓋柵結(jié)構(gòu)。埋柵結(jié)構(gòu)是典型結(jié)構(gòu)，適用于低頻大功率器件；表面電極結(jié)構(gòu)適用于高頻和微波功率表面電極結(jié)構(gòu)適用于高頻和微波功

24、率SIT;SIT;介質(zhì)覆蓋柵結(jié)構(gòu)是中國研制成介質(zhì)覆蓋柵結(jié)構(gòu)是中國研制成功的，這種結(jié)構(gòu)既適用于低頻大功率器件，也適用于高頻和微波功率器功的，這種結(jié)構(gòu)既適用于低頻大功率器件，也適用于高頻和微波功率器件，其特點(diǎn)是工藝難度小、成品率高、成本低、適于大量生產(chǎn)。件，其特點(diǎn)是工藝難度小、成品率高、成本低、適于大量生產(chǎn)。14 和雙極型晶體管相比和雙極型晶體管相比,SIT,SIT具有以下的優(yōu)點(diǎn)：線性好、噪聲小。具有以下的優(yōu)點(diǎn)：線性好、噪聲小。用用SITSIT制成的功率放大器制成的功率放大器, ,在音質(zhì)、音色等方面均優(yōu)于雙極型晶體管。在音質(zhì)、音色等方面均優(yōu)于雙極型晶體管。輸入阻抗高、輸出阻抗低，可直接構(gòu)成輸入阻抗

25、高、輸出阻抗低，可直接構(gòu)成OTLOTL電路。電路。SITSIT是一種無基區(qū)晶是一種無基區(qū)晶體管，沒有基區(qū)少數(shù)載流子存儲效應(yīng)，開關(guān)速度快。它是一種多子器體管，沒有基區(qū)少數(shù)載流子存儲效應(yīng)，開關(guān)速度快。它是一種多子器件，在大電流下具有負(fù)溫度系數(shù)，器件本身有溫度自平衡作用，抗燒毀件，在大電流下具有負(fù)溫度系數(shù)，器件本身有溫度自平衡作用，抗燒毀能力強(qiáng)。無二次擊穿效應(yīng)，可靠性高。低溫性能好，在能力強(qiáng)。無二次擊穿效應(yīng)，可靠性高。低溫性能好，在-19-19下工作下工作正常?？馆椪漳芰Ρ入p極晶體管高正常?？馆椪漳芰Ρ入p極晶體管高5050倍以上。倍以上。 靜電感應(yīng)晶體管是一種新型器件，可用于高保真度的音響設(shè)備、靜電

26、感應(yīng)晶體管是一種新型器件，可用于高保真度的音響設(shè)備、電源、電機(jī)控制、通信機(jī)、電視差轉(zhuǎn)機(jī)以及雷達(dá)、導(dǎo)航和各種電子儀器電源、電機(jī)控制、通信機(jī)、電視差轉(zhuǎn)機(jī)以及雷達(dá)、導(dǎo)航和各種電子儀器中。中。15 二、靜電感應(yīng)晶閘管二、靜電感應(yīng)晶閘管 SITH SITH 靜電感應(yīng)器件（靜電感應(yīng)器件（SIDSID）是一類新型電力半導(dǎo)體器件的總稱，它主）是一類新型電力半導(dǎo)體器件的總稱，它主要包括靜電感應(yīng)晶體管要包括靜電感應(yīng)晶體管SITSIT、雙極型靜電感應(yīng)晶體管、雙極型靜電感應(yīng)晶體管BSITBSIT、靜電感應(yīng)晶閘、靜電感應(yīng)晶閘管管SITHSITH等三大類。與現(xiàn)用的晶體管和電子管比較，使用靜電感應(yīng)器件最等三大類。與現(xiàn)用的晶

27、體管和電子管比較，使用靜電感應(yīng)器件最明顯的優(yōu)點(diǎn)一是可實(shí)現(xiàn)功率變頻，從而達(dá)到高效節(jié)能（節(jié)能效果可高達(dá)明顯的優(yōu)點(diǎn)一是可實(shí)現(xiàn)功率變頻，從而達(dá)到高效節(jié)能（節(jié)能效果可高達(dá)40%40%），二是可優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、大幅度縮小產(chǎn)品體積，降低原材料消耗。），二是可優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、大幅度縮小產(chǎn)品體積，降低原材料消耗。它的最后發(fā)展將為人類廣泛節(jié)約能源，降低材料消耗提供重要手段，并它的最后發(fā)展將為人類廣泛節(jié)約能源，降低材料消耗提供重要手段，并為機(jī)電融合一體化開辟新的道路。為機(jī)電融合一體化開辟新的道路。 靜電感應(yīng)晶閘管是在靜電感應(yīng)晶閘管是在SITSIT的漏極層上附加一層與漏極層導(dǎo)電類型不的漏極層上附加一層與漏極層導(dǎo)電類型不同

28、的發(fā)射極層而得到的。因?yàn)槠涔ぷ髟硪才c同的發(fā)射極層而得到的。因?yàn)槠涔ぷ髟硪才cSITSIT類似，門極和陽極電壓類似，門極和陽極電壓均能通過電場控制陽極電流，因此均能通過電場控制陽極電流，因此SITHSITH又被稱為場控晶閘管（又被稱為場控晶閘管（Field Field Controlled Thyristor-FCT)Controlled Thyristor-FCT)。16 與其它電力器件相比，與其它電力器件相比，SITHSITH具有一系列突出的優(yōu)點(diǎn)：用柵極可強(qiáng)迫關(guān)具有一系列突出的優(yōu)點(diǎn)：用柵極可強(qiáng)迫關(guān)斷，具有高耐壓、大電流、低壓降、低功耗、高速度、優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能斷，具有高耐壓、大電流、低壓降、

29、低功耗、高速度、優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能以及強(qiáng)的抗燒性等優(yōu)異性能，應(yīng)用前景十分廣闊。以及強(qiáng)的抗燒性等優(yōu)異性能，應(yīng)用前景十分廣闊。 SITHSITH最重要的用途是作為可關(guān)斷的電力開關(guān)，主要運(yùn)用于正向?qū)ё钪匾挠猛臼亲鳛榭申P(guān)斷的電力開關(guān)，主要運(yùn)用于正向?qū)ê头聪蜃钄鄡蓚€(gè)狀態(tài)。對于常關(guān)型器件，正柵壓使其開通，負(fù)柵壓使通和反向阻斷兩個(gè)狀態(tài)。對于常關(guān)型器件，正柵壓使其開通，負(fù)柵壓使器件強(qiáng)迫關(guān)斷。與普通晶閘管（器件強(qiáng)迫關(guān)斷。與普通晶閘管（SCRSCR）及可關(guān)斷晶閘管（）及可關(guān)斷晶閘管（GTOGTO）相比有許）相比有許多優(yōu)點(diǎn)：多優(yōu)點(diǎn)：SITHSITH的通態(tài)電阻小，通態(tài)電壓低，開關(guān)速度快，開關(guān)損耗小，的通態(tài)電阻小，通態(tài)

30、電壓低，開關(guān)速度快，開關(guān)損耗小，正向電壓阻斷增益高，開通和關(guān)斷的短路增益大，正向電壓阻斷增益高，開通和關(guān)斷的短路增益大，di/dtdi/dt及及dv/dtdv/dt的耐量的耐量高。高。但是但是，其制造工藝比，其制造工藝比GTOGTO復(fù)雜得多，電流關(guān)斷增益較小，因而其應(yīng)用復(fù)雜得多，電流關(guān)斷增益較小，因而其應(yīng)用范圍還有待拓展。范圍還有待拓展。 -17-六六、采用新型半導(dǎo)體材料制造的新、采用新型半導(dǎo)體材料制造的新型功率器件型功率器件 以上所述各種電力電子器件一般都是由硅（以上所述各種電力電子器件一般都是由硅（Si)半導(dǎo)體材料制成的。半導(dǎo)體材料制成的。此外，近年來還出現(xiàn)了一些性能優(yōu)良的新型化合物半導(dǎo)體

31、材料，如砷此外，近年來還出現(xiàn)了一些性能優(yōu)良的新型化合物半導(dǎo)體材料，如砷化鎵（化鎵（GaAs)碳化硅（碳化硅（SiC)）、磷化銦（）、磷化銦（InP)）及鍺化硅（）及鍺化硅（SiGe）等，）等，由它們作為基礎(chǔ)材料制成的電力電子器件正不斷涌現(xiàn)出來。由它們作為基礎(chǔ)材料制成的電力電子器件正不斷涌現(xiàn)出來。一、一、碳化硅（碳化硅（SiC）是目前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導(dǎo)體材料，與其他半）是目前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導(dǎo)體材料，與其他半導(dǎo)體材料相比具有高禁帶寬度、高飽和電子漂移速度、高擊穿強(qiáng)度、導(dǎo)體材料相比具有高禁帶寬度、高飽和電子漂移速度、高擊穿強(qiáng)度、低介電常數(shù)和高低介電常數(shù)和高熱導(dǎo)率的物理特點(diǎn)熱導(dǎo)率的物理特點(diǎn)，其工作溫度可達(dá)其工作溫度可達(dá)600 ，結(jié)耐壓易結(jié)耐壓易于達(dá)于達(dá)18 達(dá)到達(dá)到 5kv-10kv,漏電流特別小。即使高耐壓的漏電流特別小。即使高耐壓的SiC 的場效的場效應(yīng)管的導(dǎo)通電壓也比雙極性硅器件的壓降應(yīng)管的導(dǎo)通電壓也比雙極性硅器件的壓降低。而且，低。而且， SiC器器件的開關(guān)時(shí)間可達(dá)件的開關(guān)時(shí)間可達(dá)10ns 級。因此，碳化硅在高溫、高頻率、級。因此，碳化硅在高溫、高頻率、高功率的應(yīng)用場合