硅基 MOSFET、IGBT 和碳化硅等功率分立器件(含模塊)展開分析和研究
時間:2023-08-22瀏覽次數(shù):8830

據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù),功率半導(dǎo)體分立器件中,以 MOSFET 和 IGBT 為代表 的晶體管占比[敏感詞],約 28.8%。從目前市場需求來看,硅基 MOSFET、硅基 IGBT 以及碳化硅為目前功率半導(dǎo) 體分立器件的主力產(chǎn)品。本文也將重點圍繞硅基 MOSFET、IGBT 和碳化硅等功率分立器件(含模塊)展開分析和研究。
MOSFET,具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、制造工藝簡單和輻射強等優(yōu) 點,通常被用于放大電路或開關(guān)電路。MOSFET 按照不同的工藝可分為平面型 Planar MOSFET、溝槽型 Trench MOSFET、屏蔽柵 SGT MOSFET 和超級結(jié) SJ MOSFET。按照導(dǎo)電溝道可分為 N 溝道和 P 溝道,即 N-MOSFET 和 PMOSFET。按照柵極電壓幅值可分為耗盡型和增強型。
隨著 MOSFET 技術(shù)和工藝不斷成熟,成本將不斷下調(diào)。中高端產(chǎn)品也將逐漸向 中低端產(chǎn)品下沉。比如 Trench MOSFET 將從中端下沉至中低端,替代部分平面 MOSFET 的低端市場。SGT MOSFET 將部分替代 Trench MOSFET 的低壓應(yīng) 用市場,從中高端下沉至中端。SGT MOSFET、SJ MOSFET 和碳化硅 MOSFET 或是 MOSFET 未來三大主 力產(chǎn)品。自上世紀 70 年代 MOSFET 誕生以來,從平面 MOSFET 發(fā)展到 Trench MOSFET,再到 SGT MOSFET 和 SJ MOSFET,再到當下火熱的第三代寬禁帶 MOSFET(碳化硅、氮化鎵),功率 MOSFET 的技術(shù)迭代方向主要圍繞制程、 設(shè)計(結(jié)構(gòu)上變化)、工藝優(yōu)化以及材料變更,以實現(xiàn)器件的高性能——高頻率、 高功率和低損耗等。
IGBT 俗稱電力電子裝置的“CPU”,是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?BJT 和 MOSFET 組合而成,是一種全控型、電壓驅(qū)動的功率半導(dǎo)體器件。IGBT 沒有 放大電壓的功能,導(dǎo)通時可以看做導(dǎo)線,斷開時當做開路。IGBT 同時具有 BJT 和 MOSFET 的優(yōu)點,即高輸入阻抗、低導(dǎo)通壓降、驅(qū)動功率小而飽和壓降低等, IGBT 與 BJT 或 MOS 管相比,其優(yōu)勢是它提供了一個比標準雙極型晶體管更大 的功率增益,以及更高的工作電壓和更低的 MOS 管輸入損耗。因此廣泛應(yīng)用于 直流電壓為 600V 及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關(guān)電源、照明電路 和牽引傳動等場景。
IGBT 相比 MOSFET,可在更高電壓下持續(xù)工作,同時需要兼顧高功率密度、低 損耗、高可靠性、散熱好、低成本等因素。一顆高性能、高可靠性與低成本的 IGBT 芯片,不僅僅需要在設(shè)計端不斷優(yōu)化器件結(jié)構(gòu),對晶圓制造和封裝也提高了更高的要求。

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