功率半导体开关器件（半导体功率开关与普通半导体器件有什么区别?）

本文目录一览：

• 1、IGBT在电力电子器件中的地位及应用_电力电子器件及其应用
• 2、IGBT是什么 怎么分类
• 3、可控半导体功率开关器件有哪些类型
• 4、什么是半导体功率器件？
• 5、大功率电力电子装置常用的功率半导体开关器件有哪些

IGBT在电力电子器件中的地位及应用_电力电子器件及其应用

摘 要:本文介绍了IGBT在电力电子技术领域的地位和作用,分析了国内IGBT的发展现状,预测了IGBT的发展方向。关键词:功率半导体器件 混合型器件 IGBT

中图分类号:TN31 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(a)-0044-01

20世纪80年代以来,微电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型的电力集成器件,带来了电力电子技术的新时代,实现了由传统的电力电子技术向现代电力电子技术的转变。

1 现代电力电子器件

现代电力电子器件是指全控型的电力半导体器件,分为三大类[1]:双极型器件、单极型器件和混合型器件。

1.1 双极型器件,是指在器件内部电子和空穴两种载流子都参与导电过程的半导体器件

这类器件具有通态压降低、阻断电压高和电流容量大的特点。适合中大容量的变流装置。其中,我们常见的交流装备有:门极关断(GTO)晶闸管、电力晶体管(GTR)、静电感应晶闸管(SITH)。

1.2 单极型器件,是指器件内只有一种载流子(多数载流子)参与导电过程的半导体器件

具有代表性的产品有电力场控型吵晶体管(电力MOSFET)和静电感应晶体管(SIT)。单极型器件开关的时间较短,一般多在几十纳秒以下,这是因为大部分的载流子导电,无少子存储效应。

1.3 混合型器件,是指双极型器件与单极型器件的集成混合

其主导器件为GTR、GTO晶闸管和SCR,将MOSFET用来做控制器件混合集成之后产生的器件。这种器件不仅具有GTR、GTO晶闸管和SCR等双极型器件电流密度高、导通压降低的优点,又具备MOSFET等单极型器件输入阻抗高、响应速度快的优点。因此,人们开始高度重视这种新型混合器件。IGBT被人们公认为最有发展潜力的复合器件之一。

2 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)

2.1 IGBT的地位及作用

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),中文我们称之为“绝缘栅双极晶体管”,是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件。它是电力电子技术的核心技术,且是电机控制和功率变换器的首选器件。广泛用于轨道交通、航空航天等战略性行业,具有高频率、高电压、大电流,易于开关等优良性能,被业界誉为功率变流装置的“CPU”。

它是电力电子领域非常理想的开关器件,其频率特性介于MOSFET和功率晶体管之间,可正常工作在几十Hz的频率范卜念侍围内,故在较高频率的大、中频率应用中占主要地位[2]。

2.2 IGBT的工作原理(如图1)

IGBT和电力MOSFET有很大的渊源,可以说IGBT是根据电力MOSFET的原理发展出来的,在结构上面,两者有很大的相似之处。但是,IGBT具有很强的电流控制能力。原因归结于两者间结果的不同之处,即:IGBT多一个P层发射级。在IGBT导通时,这个p层发射级可由P+注入区向N基区发射载流子(空穴),以调制漂移区的电导率。

IGBT的开通和关断是由门极电压来控制的。门极是以正向栅极电压高搏时,MOSFET内形成沟道并未PNP晶体管提供基极电流,从而使IGBT导通。在门极施以负电压时,MOSFET内的沟道消失,PNP晶体管的基极电流被切断,IGBT关断。

3 IGBT的应用领域

IGBT作为电机控制和功率半导体器件首选器件,在轨道交通、航空航天、船舶驱动、新能源电动汽车、风力发电、太阳能发电、高压变频、工业传动及电力传输等多个重要行业和领域广泛运用。目前,在轨道交通高速动车组、大功率电力机车、城轨车辆几乎普遍采用IGBT;在节能环保领域,IGBT成为节能设备最核心的部件;在电力传输领域,IGBT在柔性输电等技术中发挥越来越大的作用。同时,大功率IGBT也是谐波治理中最理想的开关器件。因此,IGBT具有良好的市场前景。在未来很长一段时间内,为适应全球降低CO2排放的战略需要,IGBT将更加广泛地应用于可再生能源发电、智能配电与控制、分布式发电、电力牵引等领域,成为节能技术和低碳经济的主要支撑。

4 IGBT的发展现状

IGBT是电力电子时代的新宠。它是一种很优秀的电力电子器件,已逐渐替代了晶闸管,成为电力电子技术平台性的器件。虽然国外的IGBT产业取得了很大进展,但令人叹惋的是,我们国家目前并未形成自己的IGBT产业,目前我们使用的IGBT管子全部是进口购买的。我国只能进口国外IGBT芯片,自己进行少量封装。因此对于我们这样一个拥有13亿人口的大国,像IGBT这样的基础元件及其相关技术,必须拥有自己的IGBT产业。随着国家对电力电子技术发展的重视,相信很快就会用上自己生产出的IGBT。

5 IGBT的发展方向

IGBT的发展趋势有两个方向:超大功率模块和超快速IGBT。其中,超大功率模块IGBT有望取代GTO,并将其在电力系统、高压直流输电、机车牵引等方面扩宽应用领域。超快速IGBT则将在高频开关电源等方面扩大其应用领域。总之,超大功率、超快速、模块化、智能化是IGBT发展的方向。

参考文献

[1] 黄家善,电力电子技术[M].北京．机械工业出版社,2005(1).

[2] 张燕宾,变频调速应用实践[M].北京．机械工业出版社,2002(9).

IGBT是什么 怎么分类

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

分类

1、低功率IGBT

IGBT应用范围一般都在600V、1KA、1KHz以上区域，为满足家电行业的发展需求，摩托罗拉、ST半导体、三菱等公司推出低功率IGBT产品，实用于家电行业的微波炉、洗衣机、电磁灶、电子整流器、照相机等产品的应用。

2、U-IGBT

U（沟槽结构）--IGBT是在管芯上刻槽，芯片元胞内部形成沟槽式栅极。采用沟道结构后，可进一步缩小元胞尺寸，减少沟道电阻，进步电流密度，制造相同额定电流而芯片尺寸最少的产品。现有多家公司生产各种U—IGBT产品，适用低电压驱动、表面贴装的要求。

3、NPT-IGBT

NPT（非穿通型）--IGBT采用薄硅片技术，锋迅伍以离子注进发射区代替高复杂、高银或本钱的厚层高阻外延，可降低生产本钱25%左右，耐压越高本钱差越大，在性能上更具有特色，高速、低损耗、正温度系数，无锁定效应，在设计600—1200V的IGBT时，NPT—IGBT可靠性最高。

扩展资料：

发展历程

1979年，MOS栅功率开关器件作为IGBT概念的先驱即已被介绍到世间。这种器件表现为一个类晶闸管的结构（P-N-P-N四层组成），其特点是通过强碱湿法刻蚀工艺形成了V形槽栅。

80年代初期，用于功率MOSFET制造技术的DMOS（双扩散形成的金属-氧化物-半导体）工艺被采用到IGBT中来。在那个时候，硅芯片的结构是一种较厚的NPT（非穿通）型设计。

90年代中期，沟槽栅结构又返回到一种新概念的IGBT，它是采用从大规模集成（LSI）工艺借鉴来的硅干法刻蚀技术实现的新刻蚀工艺，但仍然是穿通昌耐（PT）型芯片结构。在这种沟槽结构中，实现了在通态电压和关断时间之间折衷的更重要的改进。

硅芯片的重直结构也得到了急剧的转变，先是采用非穿通（NPT）结构，继而变化成弱穿通（LPT）结构，这就使安全工作区（SOA）得到同表面栅结构演变类似的改善。

参考资料来源：百度百科-IGBT

可控半导体功率开关器件有哪些类型

可控的功率半导体器件有：

功率MOSFET: 包括VDMOST和LDMOST

IGBT: 也包括纵向IGBT和横向IGBT，双极器件

普通的可控硅或者称为晶闸管基带扰难以实搏旦现关断，但是也有门极可关断晶闸管行缓GTO

什么是半导体功率器件？

功率半导体器件，嘿嘿，本人的本行。功率半导体器件，以前也被称为电力电子器件，简单来说，就是进行功率处理的，具有处理高电压，大电流能力的半导体器件。给个数量吧，电压处理范围从几十V~几千V，电流能力最高可达几千A。典型的功率处理，包括变频、变压、变流、功率管理等等。

早期的功率半导体器件：大功率二极管、晶闸管等等，主要用于工业和电力系统（正因如此，早期才被称为电力电子器件）

后来，随着以功率MOSFET器件为代表的新型功率半导体器件的迅速发展，现在功率半导体器件已经非常广泛啦，在计算机、通行、消费电子、汽车电子为代表的4C行业（computer、communication、consumerelectronics、cartronics），功率半导体器件可以说是越来越火，现在不是要节能环保吗，低碳生活，那就需要对能量的处理进行合理的管理，power是啥？通俗的理解不就是功率P=IV吗，所以就需要对电压电流的运用进行有效的控制，这就与功率器件密不可分！功率管理集成电路（PowerManagementIC，也被称为电源管理IC）已经成为功率半导体器件的热点，发展非常迅速噢！

功率半导体器件，在大多数情况下，是被作为开关使用（switch），开关，简单的说，就是用来控制电流的通御帆指过和截断。那么，一个理想的开关，应该具有两个基本的特性：

1，电流通过的时候，这个理想开关两端的电压降是零

2，电流截断的时候，这个理想开关两端可以承受的电压可以是任意大小，也就是0~无穷大

因此，功率半导体器件的研究和发展，就是围绕着这个目标不断前进的。现在的功率半导体器件，已经具有很好的性能了，在要求的电压电流处理范围内，可以接近一个比较理想的开关。

好了，扯了这么多，举几个功率半导体器件的例子吧，刚才已经说了，功率二极管，晶闸管，还有功率BJT（就是功率双极型晶体管）这些都是第一代产品了，比较老的了，第二代镇配是以功率MOSFET为代表的新型功率半导体器件，如VDMOS、LDMOS，以及IGBT。

VDMOS即（verticaldouble-diffusionMOSFET）是纵向器件，多用于分立器件；LDMOS即（Lateraldouble-diffusionMOSFET），是横向器件，其三个电极均在硅片表面，易于集成，多用于轿缺功率集成电路领域。IGBT即（InsulatedGateBipolarTransistor绝缘栅双极型晶体管），可以看作是功率MOS和功率BJT的混合型新器件。IGBT目前非常火啊，国内才刚刚起步，大量需要IGBT的高技术人才，这个有钱途的。

扯了好多啊，先就这么多吧，要细说的话，可以说一天。希望我的回答对你有帮助，一字一句都是原创，望采纳

大功率电力电子装置常用的功率半导体开关器件有哪些

1、晶闸管（可控硅），它又有普通晶闸亮缓管、双向晶闸管属于半控型（控制导通敬没模、自然关断）电力电子器件，门极可关断晶闸管（GTO）属全控型电力电子器件。

2、电力晶体管(GTR)，属于电流控制电流全控型电力电子器件。

3、绝缘栅场效应管(PMOS)，属于电压察物控制电流全控型电力电子器件。

4、绝缘栅双极晶体管(IGBT)，属于电压控制电流全控型电力电子器件。

关键词：半导体开关器件 功率半导体开关器件 开关器件 功率开关器件