功率半導體器件的發展

功率半導體器件的發展

        功率半導體器件是電力電子技術的基礎，也是電力電子技術發展的“龍頭”。從1958年美國通用電氣公司研制出世界上第一個工業用普通晶閘管開始，電能的變換和控制從旋轉的變流機組和靜止的離子變流器進入由功率半導體器件構成的變流器時代。功率半導體器件的發展經歷了以下階段：

　　大功率二極管產生于20世紀40年代，是功率半導體器件中結構最簡單、使用最廣泛的一種器件。目前已形成整流二極管(Rectifier Diode)、快恢復二極管(Fast Recovery Diode—FRD)和肖特基二極管(Schottky Barrier Diode—SBD)等3種主要類型。

　　晶閘管(Thyristor, or Silicon Controlled Rectifier—SCR)可以算作是第一代電力電子器件，它的出現使電力電子技術發生了根本性的變化。但它是一種無自關斷能力的半控器件，應用中必須考慮關斷方式問題，電路結構上必須設置關斷(換流)電路，大大復雜了電路結構、增加了成本、限制了在頻率較高的電力電子電路中的應用。此外晶閘管的開關頻率也不高，難于實現變流裝置的高頻化。晶閘管的派生器件有逆導晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管等。

　　20世紀70年代出現了稱之為第二代的自關斷器件，如門極可關斷晶閘管(Gate-Turn-Off Thyristor—GTO)，大功率雙極型晶體管(Bipolar Junction Transistor—BJT, or Giant Transistor—GTR)，功率場效應管(Power l Oxide Semiconductor Field Effect Transistor—Power MOSFET)等。

　　20世紀80年代出現了以絕緣柵極雙極型晶體管(Insulated-gate Bipolar Transistor—IGBT, or IGT)為代表的第三代復合導電機構的場控半導體器件。

　　20世紀80年代后期，功率半導體器件的發展趨勢為模塊化、集成化，按照電力電子電路的各種拓樸結構，將多個相同的功率半導體器件或不同的功率半導體器件封裝在一個模塊中，這樣可縮小器件體積、降低成本、提高可靠性。

　　值得指出的是新的一代器件的出現并不意味著老的器件被淘汰，世界上SCR產量仍占全部功率半導體器件總數的一半，是目前高壓、大電流裝置中不可替代的元件。