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发展功率半导体产业迫在眉睫

发布时间:2020-07-01 01:25:12 阅读: 来源:颚式破碎机厂家

功率半导体器件的主要应用领域是开关电源、电机驱动与调速、UPS等等。因为这些装置都需输出一定的功率给予用电器,所以电路中必须使用功率半导体。功率半导体的另一重要应用领域是发电、变电与输电,这就是原本意义上的电力电子。任何电器设备都需要电源(尽管有些设备电源是内置在机箱中),任何用电机的设备都需要电机驱动(小至计算机风扇和家电,大至矿山机械、电气机车、轧钢机等等)。功率半导体担当节能重任功率半导体已在国民经济各领域和国防工业中无所不在。可以用下面的比喻来说明功率半导体的重要性。若用一台电器比喻一个人,大规模集成电路的作用是接受和处理信息,好比人的大脑,功率半导体的作用之一是构成电源为机器提供能量,这好比人的心脏;功率半导体的另一个作用执行大脑的指令去驱动电机进行所需的工作,这好比人的四肢。因此,功率半导体与大规模集成电路这两类半导体器件是同等重要而不能相互取代的。我国当前发展功率半导体的首要意义在于节约电能。为解决能源短缺的问题,除了“开源”之外,“节流”的潜力也是十分巨大的,而节流的首要措施就是功率半导体的发展及推广其应用。例如,据权威部门统计,我国用于电机的电能占我国总发电量的60%多。如果全国电机的驱动都采用功率半导体进行变频调速就可以节能大约1/4到1/3,也就是说可节约全国总发电量的15%至20%。这是多么惊人的数字。功率半导体是信息产品、计算机、消费电子和汽车这4C产业的基础产品,这是功率半导体迅速发展的另一个重要驱动力。举例来说,计算机和网络存储器的CPU电源是由几十安培乃至几万安培的功率半导体构成,功率半导体的改进(例如提高频率)可以显著减小电源的能耗和减小设备的体积;每辆汽车有十几个乃至几十个由功率半导体控制的电机,甚至连电子点火都是功率半导体;家电的冰箱、空调、洗衣机等都依赖功率半导体变频调速来节能并舒适化;手机是用功率半导体进行电源管理。功率半导体还是用信息技术改进传统产业的担当者,信息电路发出的指令必须经过功率半导体变成功率信号才能带动电机的使用。当前,用于4C产业的功率半导体已占功率半导体总量的70%多。我国功率器件产业须奋起直追国际上功率半导体的制造作为一个重要的技术领域一直在迅速发展。上世纪80年代是国际发展的重要分水岭:功率半导体由电流控制发展到电压控制,由低频发展到高频,由粗放的台面制造工艺发展到精细光刻的平面制造工艺。80年代以前主要功率半导体器件是晶闸管(在美国称作可控硅SCR)、栅极可关断晶闸管(GTO)、双极功率晶体管(功率BJT,曾用GTR的名称)以及与之配套的开关速度较慢的功率二极管。这一代功率开关的共同缺点是栅极需要电流驱动,驱动电路技术复杂、功耗大、成本高、使用不便。它们的另一缺点是工作频率低,所需要的配套电感、电容、变压器等体积大,从而使得设备笨重,能耗高。80年代国际上功率半导体发展进入一个新的阶段,发展出了功率金属-氧化物-半导体场效应晶体管(功率VD-MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT),立即成为功率半导体器件的主流,因为它们克服了以前的功率半导体器件的缺点。它们的栅极用电压驱动,驱动电路简单、成本低、功耗小、易于使用。其次是它们都能在几十千赫以上的高频工作,可以非常显著地降低电力电子设备的体积、重量、制造成本和能耗。当前,在国际上功率半导体领域中1980年以后发展起来的新型功率半导体器件约占4/5以上,而以前的传统功率半导体只剩下不到1/5的份额。尤其需要指出的是,1980年后发展起来现代高频功率半导体器件VD-MOSFET、IGBT、平面型快恢复功率二极管和功率集成电路都是用精细光刻和平面工艺技术,使用的设备和工艺线的要求与集成电路基本相同,即超净厂房、精细光刻、离子注入掺杂、各种CVD技术(多晶硅、氮化硅、二氧化硅等)等等,高耐压的实现是依靠场板、场环而不再需要腐蚀台面。这些制造设备与设计技术完全不同于用台面技术和粗放光刻的晶闸管、台面二极管、功率BJT的制造。目前,我国功率半导体企业生产条件和产品大都停留在国外上世纪70年代的水平。有个别集成电路企业制造一些小电流低档老产品的VD-MOSFET,IGBT、平面型快恢复和超快恢复二极管完全不能制造。因此,我国市场用的功率器件约90%依赖进口,其余约10%低档产品是自己制造的。中国在不久将成为功率半导体的世界第一大市场,根据国际权威机构预测,2011年功率半导体在中国市场的销售量将占世界整个市场的50%,每年接近200亿美元。如前所述,功率半导体的应用已遍及各领域(包括军工)无所不在,我国的现代化、信息化和国家安全都要求我国自主发展功率半导体产业。

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