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半導(dǎo)體激光器

功率半導(dǎo)體的發(fā)展歷程

來源:鷹眼新聞2019-05-31 我要評論(0 )   

作為以電力電子技術(shù)為依托,以功率處理為核心的半導(dǎo)體器件,功率半導(dǎo)體既是電子裝置中進(jìn)行電能(功率)處理的核心,又是弱電控制和

作為以電力電子技術(shù)為依托,以功率處理為核心的半導(dǎo)體器件,功率半導(dǎo)體既是電子裝置中進(jìn)行電能(功率)處理的核心,又是弱電控制和強(qiáng)電運(yùn)行之間的橋梁。上個世紀(jì),半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路、半導(dǎo)體激光器、以及各種半導(dǎo)體器件的相繼發(fā)明,引發(fā)了一場新的全球性產(chǎn)業(yè)革命,對現(xiàn)代信息技術(shù)革命產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。近年來,隨著萬物互聯(lián)的呼聲越來越高,移動通訊、交通、清潔能源等領(lǐng)域都在不斷提高電子化水平。


功率半導(dǎo)體器件的最早可以追溯到愛迪生發(fā)明電燈泡。在做管壁的防塵防煙實驗時,愛迪生無意間發(fā)現(xiàn)在燈泡管內(nèi)插入獨(dú)立電極的地方與燈絲之間,在某種條件下會產(chǎn)生電流,這個現(xiàn)象被稱為“愛迪生效應(yīng)”。1904年,英國佛萊明首次利用“愛迪生效應(yīng)”研制出一種能夠充當(dāng)交流電整流和無線電檢波的特殊燈泡——“熱離子閥”,從而催生了世界上第一只真空二極管,世界進(jìn)入電子時代。隨后,三極真空管、晶體管相繼被發(fā)明。直到1957年,美國通用電氣公司發(fā)明了第一個晶閘管,標(biāo)志著電力電子技術(shù)階段的開始,也就是第一代功率半導(dǎo)體器件穩(wěn)步發(fā)展的開始。1970年代后期,以門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力雙極型晶體管(BJT)、電力場效應(yīng)晶體管(Power-MOSFET)為代表的全控型器件迅速發(fā)展,第二代電力電子器件應(yīng)運(yùn)而生,推動功率半導(dǎo)體器件朝著智能化、高頻化的方向發(fā)展。1980年代后期,絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)出現(xiàn),它集合了MOSFET的驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快和BJT通態(tài)壓降小、載流能力大的優(yōu)點,成為現(xiàn)代功率半導(dǎo)體的主要器件,在中低頻大功率電源中占重要地位。到20世紀(jì)90年代,智能功率模塊又推動功率器件的發(fā)展向大功率、高頻化、高效率邁進(jìn)一大步。


功率半導(dǎo)體器件主要有功率模組、功率集成電路和分立器件三大類。其中,功率模組是將多個分立功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行模塊化封裝;功率集成電路對應(yīng)將分立功率半導(dǎo)體器件與驅(qū)動/控制/保護(hù)/接口/監(jiān)測等外圍電路集成;而分立功率半導(dǎo)體器件則是功率模塊與功率集成電路的關(guān)鍵。


隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,功率半導(dǎo)體器件也在不斷演進(jìn)。自上世紀(jì)80年代起,功率半導(dǎo)體器件MOSFET、IGBT和功率集成電路逐步成為了主流應(yīng)用類型。根據(jù)年產(chǎn)值貢獻(xiàn)來看,IGBT、MOSFET、二極管及整流橋占據(jù)了功率半導(dǎo)體八成左右市場。


MOSFET:金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管,簡稱金氧半場效應(yīng)晶體管,是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效應(yīng)晶體管。根據(jù)IHS統(tǒng)計數(shù)據(jù),從市場份額來看,MOSFET幾乎都集中在國際大廠手中,其中英飛凌自2015年收購美國國際整流器公司后超越富士電機(jī)一躍成為行業(yè)龍頭;安森美也在2016年9月完成對仙童半導(dǎo)體的收購后,市占率躍升至第二位。在中國大陸市場部分,本土企業(yè)士蘭微和華微電子也占據(jù)了一席之地。


IGBT:絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件,驅(qū)動功率小而飽和壓降低。適用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。目前全球IGBT市場結(jié)構(gòu)與MOSFET類似,主要被5大原廠所長期壟斷。根據(jù)賽迪智庫統(tǒng)計,2017年英飛凌全球市場份額占比最高,達(dá)29%,三菱電機(jī)、富士電機(jī)、安森美、ABB分別以19%、12%、9%、5%的市場份額緊隨其后。


整流管:二極管,一般通過的電流較大,利用二極管單向?qū)щ娦?,可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動直流電。功率二極管是中國大陸發(fā)展得最好的功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域,根據(jù)中國電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù),2017年全球除Vishay(威世)以11.71%的市場占有率排名第一外,第二至第八名之間的市場份額差距并不大。加上不少國際大廠因為功率二極管門檻低、毛利潤小的原因正在逐漸放棄這類市場,產(chǎn)能轉(zhuǎn)向中國大陸和臺灣地區(qū)的趨勢明顯。


晶閘管:晶體閘流管的簡稱,具有硅整流器件的特性,能在高電壓、大電流條件下工作,被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。目前大部分晶閘管產(chǎn)品需要進(jìn)口,未來幾年國產(chǎn)替代空間很大。全球晶閘管市場規(guī)模大約60億元,國內(nèi)晶閘管的市場規(guī)模大約30億元,占全球規(guī)模的50%左右。國內(nèi)大功率半導(dǎo)體龍頭IDM企業(yè)臺基股份的主打產(chǎn)品即為晶閘管,官方資料顯示,目前公司已形成年產(chǎn)200萬只大功率晶閘管及模塊的生產(chǎn)能力,產(chǎn)品具有技術(shù)成熟性,是中國大功率半導(dǎo)體器件主要的提供者之一。


隨著工業(yè)、電網(wǎng)等傳統(tǒng)行業(yè)在電子化進(jìn)程中不斷加速。在產(chǎn)業(yè)電子化升級的新時代,功率半導(dǎo)體作為其中的不可或缺的一環(huán),也越來越得到重視與應(yīng)用,在新興藍(lán)海中逐漸煥發(fā)出新活力。

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功率半導(dǎo)體半導(dǎo)體激光器
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