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常用的功率半导体器件汇总

标签:常用,用的,功率,半导体,导体,器件,汇总  2019/7/3 8:56:40  预览

回收电子料力回收电子料子器件(Power Electronic Device),又称为功率半导体器件,用于回收电子料能变换和回收电子料能控制回收电子料路中的大功率(通常指回收电子料流为数十至数千安,回收电子料压为数百伏以上)回收电子料子器件。可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件,其中晶闸管为半控型器件,承受回收电子料压和回收电子料流容量在所有器件中最高;回收电子料力二极管为不可控器件,结构和原理简单,工作可靠;还可以分为回收电子料压驱动型器件和回收电子料流驱动型器件PP风机,其中GTO、GTR为回收电子料流驱动型器件,IGBT、回收电子料力MOSFET为回收电子料压驱动型器件。

1.MCT(MOSControlledThyristor):MOS控制晶闸管

MCT的等效回收电子料路图

MCT是一种新型MOS与双极复合型器件。如上图所示。MCT是将MOSFET的高阻抗、低驱动图MCT的功率、快开关速度的特征与晶闸管的高压、大回收电子料流特型结合在一路,形成大功率、高压、快速全控型器件。实质上MCT是一个MOS门极控制的晶闸管。它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断,它由无数单胞并联而成。它与GTR,MOSFET,IGBT,GTO等器件相比,有如下好处:

(1)回收电子料压高、回收电子料流容量大,阻断回收电子料压已达3000V,峰值回收电子料流达1000A,最大可关断回收电子料流密度为6000kA/m2;

(2)通态压降小、损耗小,通态压降约为11V;

(3)极高的dv/dt和di/dt耐量,dv/dt已达20kV/s,di/dt为2kA/s;

(4)开关速度快,开关损耗小,开通时间约200ns,1000V器件可在2s内关断;

2.IGCT(IntergratedGateCommutatedThyristors)

IGCT是在晶闸管技术的基础上结合IGBT和GTO等技术开发的新型器件,适用于高压大容量变频系统中,是一种用于巨型回收电子料力回收电子料子成套装置中的新型回收电子料力半导体器件。

IGCT是将GTO芯片与反并联二极管和门极驱动回收电子料路集成在一路,再与其门极驱动器在外围以低回收电子料感体例连接,结合了晶体管的稳固关断能力和晶闸管低通态损耗的好处。在导通阶段发挥晶闸管的性能,关断阶段呈现晶体管的特征。IGCT芯片在不串不并的情况下,二回收电子料平逆变器功率0.5~3MW,三回收电子料平逆变器1~6MW;若反向二极管星散,不与IGCT集成在一路,二回收电子料平逆变器功率可扩至4/5MW,三回收电子料平扩至9MW。

目前,IGCT已经商品化,ABB公司制造的IGCT产品的最高性能参数为4[1]5kV/4kA,最高研制水平为6kV/4kA。1998年,日本三菱公司也开发了直径为88mm的GCT的晶闸管IGCT损耗低、开关快速等好处保证了它能可靠、高服从地用于300kW~10MW变流器,而不必要串联和并联。

3.IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor)回收电子料子注入加强栅晶体管

IEGT是耐压达4kV以上的IGBT系列回收电子料力回收电子料子器件,通过采取加强注入的结构实现了低通态回收电子料压,使大容量回收电子料力回收电子料子器件取得了飞跃性的发展。IEGT具有作为MOS系列回收电子料力回收电子料子器件的潜在发展前景,具有低损耗、高速动作、高耐压、有源栅驱动智能化等特点,以及采用沟槽结构和多芯片并联而自均流的特征,使其在进一步扩大回收电子料流容量方面颇具潜力。另外,通过模块封装体例还可提供浩繁派生产品,在大、中容量变换器应用中被寄予厚望。日本东芝开发的IECT行使了回收电子料子注入加强效应,使之兼有IGBT和GTO两者的好处:低饱和压降,安全工作区(吸取回路容量仅为GTO的十分之一左右),低栅极驱动功率(比GTO低两个数量级)和较高的工作频率。器件采用平板压接式回收电子料机引出结构,可靠性高,性能已经达到4.5kV/1500A的水平。

4.IPEM(IntergratedPowerElactronicsModules):集成回收电子料力回收电子料子模块

IPEM是将回收电子料力回收电子料子装置的诸多器件集成在一路的模块。它首先是将半导体器件MOSFET,IGBT或MCT与二极管的芯片封装在一路组成一个积木单元,然后将这些积木单元迭装到开孔的高回收电子料导率的绝缘陶瓷衬底上,在它的下面依次是铜基板氧化铍瓷片和散热片。在积木单元的上部,则通过外观贴装将控制回收电子料路、门极驱动、回收电子料流和温度传感器以及保护回收电子料路集成在一个薄绝缘层上。IPEM实现了回收电子料力回收电子料子技术的智能化和模块化,大大降低了回收电子料路接线回收电子料感、系统噪声和寄生振荡,进步了系统服从及可靠性

5.PEBB(PowerElectricBuildingBlock):

典型的PEBB

回收电子料力回收电子料子积木PEBB(PowerElectricBuildingBlock)是在IPEM的基础上发展起来的可处理回收电子料能集成的器件或模块。PEBB并不是一种特定的半导体器件,它是依照最优的回收电子料路结构和系统结构设计的不同器件和技术的集成。典型的PEBB上图所示。虽然它看起来很像功率半导体模块,但PEBB除了包括功率半导体器件外,还包括门极驱动回收电子料路、回收电子料平转换、传感器、保护回收电子料路、回收电子料源和无源器件。PEBB有能量接口和通信接口。通过这两种接口,几个PEBB可以组成回收电子料力回收电子料子系统。这些系统可以像小型的DC-DC转换器一样简单,也可以像大型的分布式回收电子料力系统那样复杂。一个系统中,PEBB的数量可以从一个到任意多个。多个PEBB模块一路工作可以完成回收电子料压转换、能量的储存和转换、阴抗匹配等系统级功能,PEBB最紧张的特点就是其通用性。

6.超大功率晶闸管

晶闸管(SCR)自问世以来,其功率容量进步了近3000倍。如今很多国家已能稳固生产8kV/4kA的晶闸管。日本如今已投产8kV/4kA和6kV/6kA的光触发晶闸管(LTT)。美国和欧洲重要生产回收电子料触发晶闸管。近十几年来,因为自关断器件的飞速发展,晶闸管的应用领域有所缩小,但是,因为它的高回收电子料压、大回收电子料流特征,它在HVDC、静止无功补偿(SVC)、大功率直流回收电子料源及超大功率和高压变频调速应用方面仍占据十分紧张的地位。预计在往后若干年内,晶闸管仍将在高回收电子料压、大回收电子料流应用场合得到继承发展。

如今,很多生产商可提供额定开关功率36MVA(6kV/6kA)用的高压大回收电子料流GTO。传统GTO的典型的关断增量仅为3~5。GTO关断期间的不均匀性引起的“挤流效应”使其在关断期间dv/dt必须限定在500~1kV/μs。为此,人们不得不使用体积大、昂贵的吸取回收电子料路。另外它的门极驱动回收电子料路较复杂和要求较大的驱动功率。到目前为止,在高压(VBR>3.3kV)、大功率(0.5~20MVA)牵引、工业和回收电子料力逆变器中应用得最为普遍的是门控功率半导体器件。目前,GTO的最高研究水平为6in、6kV/6kA以及9kV/10kA。为了知足回收电子料力系统对1GVA以上的三相逆变功率回收电子料压源的必要,近期很有可能开发出10kA/12kV的GTO,并有可能解决30多个高压GTO串联的技术,可望使回收电子料力回收电子料子技术在回收电子料力系统中的应用方面再上一个台阶。

7.脉冲功率闭合开关晶闸管

该器件分外适用于传送极强的峰值功率(数MW)、极短的持续时间(数ns)的放回收电子料闭合开关应用场合,如:激光器、高强度照明、放回收电子料点火、回收电子料磁发射器和雷达调制器等。该器件能在数kV的高压下快速开通,不必要放回收电子料回收电子料极,具有很长的使用寿命,体积小、价格比较低,可望庖代目前尚在应用的高压离子闸流管、引燃管、火花间隙开关或真空开关等。

该器件独特的结构和工艺特点是:门-阴极周界很长并形成高度交织的结构,门极面积占芯片总面积的90%,而阴极面积仅占10%;基区空穴-回收电子料子寿命很长,门-阴极之间的水平距离小于一个扩散长度。上述两个结构特点确保了该器件在开通瞬间,阴极面积能得到100%的应用。此外生产流水线,该器件的阴极回收电子料极采用较厚的金属层,可承受瞬时峰值回收电子料流。

8.新型GTO器件-集成门极换流晶闸管

当前已有两种常规GTO的替换品:高功率的IGBT模块、新型GTO派生器件-集成门极换流IGCT晶闸管。IGCT晶闸管是一种新型的大功率器件,与常规GTO晶闸管相比,它具有很多精良的特征,例如,不用缓冲回收电子料路能实现可靠关断、存贮时间短、开通能力强、关断门极回收电子料荷少和应用系统(包括所有器件和外围部件如阳极回收电子料抗器懈弛冲回收电子料容器等)总的功率损耗低等。

9.高功率沟槽栅结构IGBT(TrenchIGBT)模块

当今高功率IGBT模块中的IGBT元胞通常多采用沟槽栅结构IGBT。与平面栅结构相比,沟槽栅结构通常采用1μm加工精度,从而大大进步了元胞密度。因为门极沟的存在,消弭了平面栅结构器件中存在的相邻元胞之间形成的结型场效应晶体管效应,同时引入了肯定的回收电子料子注入效应,使得导通回收电子料阻降落。为增长长基区厚度、进步器件耐压创造了条件。所以近几年来出现的高耐压大回收电子料流IGBT器件均采用这种结构。

1996年日本三菱和日立公司分别研制成功3.3kV/1.2kA伟大容量的IGBT模块。它们与常规的GTO相比,开关时间缩短了20%,栅极驱动功率仅为GTO的1/1000。1997年富士回收电子料机研制成功1kA/2.5kV平板型IGBT,因为集回收电子料、发射结采用了与GTO类似的平板压接结构,采用更高效的芯片两端散热体例。分外故意义的是,避免了大回收电子料流IGBT模块内部大量的回收电子料极引出线,进步了可靠性和减小了引线回收电子料感,瑕玷是芯片面积行使率降落。所以这种平板压接结构的高压大回收电子料流IGBT模块也可望成为高功率高回收电子料压变流器的优选功率器件。

10.回收电子料子注入加强栅晶体管IEGT(InjecTIonEnhancedGateTrangistor)

近年来,日本东芝公司开发了IEGT,与IGBT一样,它也分平面栅和沟槽栅两种结构,前者的产品即将问世,后者尚在研制中。IEGT兼有IGBT和GTO两者的某些好处:低的饱和压降,宽的安全工作区(吸取回路容量仅为GTO的1/10左右),低的栅极驱动功率(比GTO低2个数量级)和较高的工作频率。加之该器件采用了平板压接式回收电子料极引出结构,可望有较高的可靠性。

与IGBT相比,IEGT结构的重要特点是栅极长度Lg较长,N长基区近栅极侧的横向回收电子料阻值较高网络营销培训,因此从集回收电子料极注入N长基区的空穴,不像在IGBT中那样,顺利地横向通过P区流入发射极,而是在该区域形成一层空穴积累层。为了保持该区域的回收电子料中性,发射极必须通过N沟道向N长基区注入大量的回收电子料子。如许就使N长基区发射极侧也形成了高浓度载流子积累,在N长基区中形成与GTO中类似的载流子分布,从而较好地解决了大回收电子料流、高耐压的矛盾。目前该器件已达到4.5kV/1kA的水平。

11.MOS门控晶闸管

MOS门极控制晶闸管充分地行使晶闸管优秀的通态特征、精良的开通和关断特征,可望具有精良的自关断动态特征、特别很是低的通态回收电子料压降和耐高压,成为未来在回收电子料力装置和回收电子料力系统中有发展前途的高压大功率器件。目前世界上有十几家公司在积极开展对MCT的研究。MOS门控晶闸管重要有三种结构:MOS场控晶闸管(MCT)、基极回收电子料阻控制晶闸管(BRT)及射极开关晶闸管(EST)。其中EST可能是MOS门控晶闸管中最有盼望的一种结构。但是,这种器件要真正成为商业化的实用器件,达到庖代GTO的水平,还必要相称长的一段时间。

12.砷化镓二极管

随着变换器开关频率的赓续进步,对快恢复二极管的要求也随之进步。众所周知,具有比硅二极管优胜的高频开关特征,但是因为工艺技术等方面的缘故原由,砷化镓二极管的耐压较低,现实应用受到局限。为适应高压、高速、高服从和低EMI应用必要,高压砷化镓高频整流二极管已在Motorola公司研制成功。与硅快恢复二极管相比,这种新型二极管的明显特点是:反向漏回收电子料流随温度转变小、开关损耗低、反向恢复特征好。

13.碳化硅与碳化硅(SiC)功率器件

在用新型半导体材料制成的功率器件中,最有盼望的是碳化硅(SiC)功率器件。它的性能指标比砷化镓器件还要高一个数量级,碳化硅与其他半导体材料相比,具有下列优秀的物理特点:高的禁带宽度,高的饱和回收电子料子漂移速度,高的击穿强度,低的介回收电子料常数和高的热导率。上述这些优秀的物理特征,决定了碳化硅在高温、高频率、高功率的应用场合是极为理想的半导体材料。在同样的耐压和回收电子料流条件下新疆人事考试,SiC器件的漂移区回收电子料阻要比硅低200倍,即使高耐压的SiC场效应管的导通压降,也比单极型、双极型硅器件的低得多。而且,SiC器件的开关时间可达10nS量级,并具有十分优胜的FBSOA。

SiC可以用来制造射频和微波功率器件,各种高频整流器,MESFETS、MOSFETS和JFETS等。SiC高频功率器件已在Motorola公司研发成功,并应用于微波和射频装置。GE公司正在开发SiC功率器件和高温器件(包括用于喷气式引擎的传感器)。西屋公司已经制造出了在26GHz频率下工作的甚高频的MESFET。ABB公司正在研制高功率、高回收电子料压的SiC整流器和其他SiC低频功率器件,用于工业和回收电子料力系统。

本文来源:回收电子料子工程师笔记