功率半導體，作為電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的部件，主要用于改變電子裝置中的電壓和頻率、實現(xiàn)直流交流轉(zhuǎn)換等功能。從分類角度來看，功率半導體可分為功率 IC 和功率分立器件兩大類，其中功率分立器件主要涵蓋二極管、、等產(chǎn)品。近年來，功率半導體的應用領域不斷拓展，已從傳統(tǒng)的工業(yè)控制和消費電子領域，延伸至新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)、家電等眾多新興市場，市場規(guī)模呈現(xiàn)出穩(wěn)健增長的態(tài)勢。目前，國內(nèi)功率半導體產(chǎn)業(yè)鏈正日趨完善，技術也在不斷取得突破。同時，中國是的功率半導體消費國，2019 年市場需求規(guī)模達到約 144 億美元，增速約為 4％，占需求比例高達 35％。下面，我們將重點介紹幾種常見的功率半導體器件及其優(yōu)缺點。
- MCT（MOS 控制晶閘管）：MCT 是一種新型的 MOS 與雙極復合型器件。它巧妙地將 MOSFET 高阻抗、低驅(qū)動功率、快開關速度的特性與晶閘管的高壓、大電流特性相結合，形成了一種大功率、高壓、快速全控型器件。實際上，MCT 是一個 MOS 門極控制的晶閘管，可通過在門極上加一窄脈沖使其導通或關斷，它由無數(shù)單胞并聯(lián)而成。這種獨特的結構使得 MCT 在高壓、大電流的應用場景中具有很大的優(yōu)勢。
- IGCT：IGCT 是在晶閘管技術的基礎上，結合 IGBT 和 GTO 等技術開發(fā)的新型器件，適用于高壓大容量變頻系統(tǒng)，是巨型電力電子成套裝置中的關鍵電力半導體器件。它將 GTO 芯片與反并聯(lián)二極管和門極驅(qū)動電路集成在一起，再與其門極驅(qū)動器在外圍以低電感方式連接，兼具晶體管的穩(wěn)定關斷能力和晶閘管低通態(tài)損耗的優(yōu)點。在導通階段，它發(fā)揮晶閘管的性能；關斷階段，則呈現(xiàn)晶體管的特性。目前，IGCT 已經(jīng)實現(xiàn)商品化，ABB 公司制造的 IGCT 產(chǎn)品性能參數(shù)為 4.5kV／4kA，研制水平達到 6kV／4kA。日本三菱公司也開發(fā)了相關產(chǎn)品。IGCT 的低損耗、快速開關等優(yōu)點，保證了它能可靠、高效率地用于 300kW - 10MW 變流器，且無需串聯(lián)和并聯(lián)。
- IEGT（電子注入增強柵晶體管）：IEGT 是耐壓達 4kV 以上的 IGBT 系列電力電子器件，通過增強注入結構實現(xiàn)了低通態(tài)電壓，使大容量電力電子器件取得了飛躍性發(fā)展。它具有低損耗、高速動作、高耐壓、有源柵驅(qū)動智能化等特點，以及采用溝槽結構和多芯片并聯(lián)而自均流的特性，在進一步擴大電流容量方面潛力巨大。此外，通過模塊封裝方式還可提供眾多派生產(chǎn)品，在大、中容量變換器應用中備受期待。日本東芝開發(fā)的 IEGT 利用電子注入增強效應，兼具 IGBT 和 GTO 兩者的優(yōu)點，如低飽和壓降、安全工作區(qū)大（吸收回路容量僅為 GTO 的十分之一左右）、低柵極驅(qū)動功率（比 GTO 低兩個數(shù)量級）和較高的工作頻率等。其器件采用平板壓接式電機引出結構，可靠性高，性能已達到 4.5kV／1500A 的水平。
- IPEM（集成電力電子模塊）：IPEM 是將電力電子裝置的諸多器件集成在一起的模塊。它先將半導體器件 MOSFET、IGBT 或 MCT 與二極管的芯片封裝在一起組成積木單元，然后將這些積木單元迭裝到開孔的高電導率的絕緣陶瓷襯底上，下面依次是銅基板、氧化鈹和散熱片。在積木單元的上部，通過表面貼裝將控制電路、門極驅(qū)動、電流和溫度傳感器以及保護電路集成在一個薄絕緣層上。IPEM 實現(xiàn)了電力電子技術的智能化和模塊化，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。
- 電力二極管：結構和原理簡單，工作可靠，這使得它在一些對電路要求不高、追求穩(wěn)定性的場合得到廣泛應用。
- 晶閘管：承受電壓和電流容量在所有器件中，適用于高壓、大電流的應用場景，但它的控制相對復雜，需要專門的觸發(fā)電路。
- IGBT：開關速度高，開關損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小。然而，其開關速度低于電力 MOSFET，電壓、電流容量不及 GTO。
- GTR：耐壓高，電流大，開關特性好，通流能力強，飽和壓降低。但開關速度低，為電流驅(qū)動，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜，還存在二次擊穿問題。
- GTO：電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導調(diào)制效應，通流能力很強。不過，其電流關斷增益很小，關斷時門極負脈沖電流大，開關速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜，開關頻率低。
- MOSFET：開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題。但電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過 10kW 的電力電子裝置。
