功率器件 (Power Devices) 通常也稱為電力電子器件，是專門用來進行功率處理的半導體器件。功率器件具有承受高電壓、通過大電流的能力，處理電壓的范圍可以從幾十伏到幾千伏，通過電流的能力最高可達幾千安。功率器件大量應用于高壓電傳輸，如變電站、儲能設備，以及功率電子設備，如伺服驅(qū)動、變頻器、電機保護器等。在這些應用里，系統(tǒng)依賴功率器件實現(xiàn)變壓、變頻、功率管理等各種功能。

常見的功率器件有大功率晶體管 (Power MOSFET)、晶閘管 (Thyristor)雙向 (Triode for Alternating Current，TRIAC) 晶閘管、柵極關斷 ( Gate Turn-Off，GTO) 晶閘管、絕緣柵雙極晶體管 (Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、集成柵極換流晶閘管 (Integrated Gate Commutated Thyristor，IGCT)、發(fā)射極關斷(Emitter Turn-0ff，ETO) 晶閘管、MOS 門控晶閘管 (MOS Controlled Thyristor，MCT)。早期的功率器件主要為大功率二極管、晶閘管等，應用也通常僅限于工業(yè)和電力系統(tǒng)。后來隨著功率金屬-氧化物-半導體場效應管器件和各種新型功率器件如 IGBT 的快速發(fā)展，功率器件的應用變得越來越廣泛。

功率器件的分類有下列幾種方法。

根據(jù)開關特性的不同，功率器件可分為兩種。①半控型器件:器件的柵極(早期也稱門極)信號只能控制器件導通但不能控制器件關斷，如 SCR。②全控性器件: 器件的柵極信號既能控制器件導通又能控制器件關斷，如三極管、IGBT、IGCT、ETO 晶閘管、MCT、GTO 晶閘管等。

功率器件的控制極有柵極、基極等不同類型，因此根據(jù)控制極信號類型的不同，功率器件可分為兩種。①電流控制型器件: 控制極的控制信號是電流的流入或流出，如 SCR。②電壓控制型器件: 控制極的控制信號是電壓，控制極損耗的電流很小，如 IGBT。

根據(jù)導電載流子的不同，功率器件可分為三種。①單極器件: 只有一種載流子參與導電，如 MOSFET。②雙極器件: 由電子和空穴共同參與導電，如BJT。③混合型器件:由單極器件和雙極器件組合而成的器件，如 IGBT。

從技術上講，功率器件正向著提高快速恢復性能、降低導通電阻、提高電流控制能力、提高額定耐壓、提高耐溫與降低功耗等方向發(fā)展。

隨著硅基功率器件和工藝的漸漸成熟，其性能已逐步逼近材料極限，要取得突破性的進展就需要采用具有更高性能極限的材料。而寬禁帶半導體材料，如氮化鎵 (GaN)、碳化硅 (SiC) 等，具有臨界擊穿電場強度高、電子飽和速率高、耐高溫、抗輻射等優(yōu)勢，使用寬禁帶半導體材料制作的功率器件也已進入商用市場，而系統(tǒng)設計者對寬禁帶半導體產(chǎn)品的使用程度將決定市場成長的速度。

GaN 在功率半導體領域以功率放大、整流和高頻切換等應用為主，在 300V~1kV的中壓電力電子市場成長快速。此外，節(jié)能產(chǎn)業(yè)對高效率中高壓變頻器的需求也會加速 GaN 功率半導體市場的成長。采用 MOCVD 方法在藍寶石基板上生長 GaN 薄膜的技術在LED 產(chǎn)業(yè)已十分成熟，故在新興的電力電子市場，發(fā)展以 MOCVD 在大尺寸的 Si 基板上形成 GaN-on-Si 結構來制作功率器件的技術極具產(chǎn)業(yè)化潛力。

SiC 的阻斷電壓遠比 GaN、功率 MOS 管及硅 IGBT 要高，適合用在高于 1kV的高壓及大電流的電力電子領域，主要市場以鐵路交通和高壓電網(wǎng)等為主，但穩(wěn)定性及較長的生命期是主要需要考慮的因素。此外，美國 Cree 公司也已量產(chǎn)GaN-on-SiC 結構的微波器件。

審核編輯：湯梓紅