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小编带你了解下电力半导体分类都有哪些?

发布时间:

2022/08/04 20:38

碳化硅材料制成的功率半导体器件,以其高压高频高温高速的优良特性,能够大幅提升支撑清洁能源为主体的新型电力系统建设运行所需各类电力电子设备的能量密度,降低成本造价,增强可靠性和适用性,提高电能转换效率,降低损耗。

在这样的背景下,将带来新型功率半导体应用需求大幅提升,以碳化硅为代表的第三代半导体功率芯片和器件,以其高压、高频、高温、高速的优良特性,能够大幅提升各类电力电子设备的能量密度,降低成本造价,增强可靠性和适用性,提高电能转换效率,降低损耗。

第一代元素半导体,主要包括以硅(Si)、锗(Ge)为代表的单质半导体,其中锗最先被研究且应用,但由于其造价较高,稳定性较差,主要应用于部分发光二极管、太阳能电池中。材料是目前主流逻辑芯片和功率器件的基础,以半导体材料开创了功率半导体元器件MOSFET和IGBT等为代表的固态电子时代,也是目前电力电子领域应用最为广泛的半导体材料。

碳化硅衬底是新近发展的宽禁带半导体的核心材料,以其制作的器件具有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射等特点,具有开关速度快、效率高的优势,可大幅降低产品功耗、提高能量转换效率并减小产品体积。目前,碳化硅半导体主要应用于以5G通信、国防军工、航空航天为代表的射频领域和以新能源汽车、为代表的电力电子领域,在民用、军用领域均具有明确且可观的市场前景。同时,我国规划已将碳化硅半导体纳入重点支持领域,随着国家战略的实施,碳化硅半导体将在5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心等新基建领域发挥重要作用。

航空领域:第三代半导体电力电子器件可有效降低电源、配电分系统的重量和体积,降低航天器的发射成本并增加装载容量,改善航天器电子设备的设计容限。

功率半导体器件是半导体器件的重要组成部分,是电力电子应用装备的基础和核心器件。功率半导体主要用于电力电子设备的整流、稳压、开关、变频等,具有应用范围广、用量大等特点。功率半导体器件主要包括二极管、晶闸管、晶体管等产品,其中晶体管是市场份额最大的种类,晶体管又可以分为IGBT、MOSFET和双极型晶体管等。

我们可以看到化合物半导体的主要应用领域——LED、射频、电力电子和光通讯器件等三安光电均已涉足,本章节余文将对LED、射频、电力电子、光通讯器件这四大化合物半导体的主要应用领域需求进行分析。

去年9月底,发布了白皮书,白皮书中指出,。更高电压、更高效率、更高功率密度代表了电力电子器件技术的发展方向。在2020年之前的50年中,电力电子器件技术日益成熟,产业规模不断壮大,在能源领域发挥了不可或缺的作用。然而受材料特性所限,电力电子器件性能正在接近其理论极限,难以继续支撑技术和产业快速前进的要求。进入新世纪以来,尤其是从2010年至今,诸多新兴的半导体材料凭借优越的材料特性为电力电子器件技术带来了新的发展动力。

国家目标的落地依赖电力系统的改革。第三代半导体功率芯片和器件的固有特性,决定了其在实现光伏、风力等新能源发电、直流特高压输电、新能源汽车等电动化交通、工业电源、民用家电等领域的电能高效转换优势。

虽然器件在各自领域发挥着重要的作用,但器件的研究与发展进入瓶颈期,尤其在中高压水平,很难有所突破。包括在内的宽禁带半导体材料的电力电子器件正在蓬勃发展,在光伏发电、新能源汽车等领域开始逐步取代电力电子器件。预计在2030年光伏逆变器的碳化硅渗透率将从目前的2%增长到70%以上,在充电基础设施、电动汽车等新能源领域渗透率也超过80%,通信电源、服务器电源将全面推广应用。

济南。发挥龙头企业和重点项目的带动支撑作用,以发展集成电路设计和规模化制造紧密结合的产业集群为突破口,不断提升集成电路设计水平,加速推动功率半导体产线实现制造产出,有效扩大封装测试规模。依托衬底材料技术优势,面向新能源汽车、电力电子、航空航天等应用市场,支持企业加大第三代半导体材料的研发和产能投入,引导上下游企业加强合作,积极布局第三代半导体器件级封装技术研发和创新,打造基于基功率半导体器件生产集聚区,建成国内领先的第三代半导体产业基地。

碳化硅在半导体中存在的主要形式是作为衬底材料,碳化硅衬底主要用于微波电子、电力电子等领域,处于宽禁带半导体产业链的前端,是前沿、基础的核心关键材料。

而目前这些设备中所使用的基本都还是器件,器件的参数性能已接近其材料的物理极限,无法担负起未来大规模清洁能源生产传输和消纳吸收的重任,节能效果也接近极限。在这样的背景下,将带来新型功率半导体应用需求大幅提升,以碳化硅为代表的第三代半导体功率芯片和器件,以其高压、高频、高温、高速的优良特性,能够大幅提升各类电力电子设备的能量密度,降低成本造价,增强可靠性和适用性,提高电能转换效率,降低损耗。

随着的到来,半导体器件的架构日趋复杂,伴随而来的应用场景也不断繁增。随着世界能源的消耗增长,对电力电子器件的需求越来越大,从便携式设备、电动汽车等消费者领域到工业自动化、可再生能源等工业领域,一切设备都需要更高效率、更可靠的功率半导体器件如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金氧半场效晶体管(MOSFET)和高电子迁移率晶体管(HEMT)等。

政策方面,国家重点研发计划也在持续支持第三代半导体产业的发展。期间,国家重点研发计划项目部署涵盖了电力电子、微波射频和光电子三个大方向,紧贴产业发展实际需求和进程,对新能源汽车应用、电网应用等多个领域发挥了引导作用。在2020年发布的年度重点研发计划部署安排中,包括,等多个立项项目均与第三代半导体相关。

全球宽禁带半导体行业目前总体处于发展初期阶段,相比硅和砷化镓等半导体,我国在宽禁带半导体领域和国际巨头差距较小,宽禁带半导体的下游工艺制程具有更高的包容性和宽容度,下游制造环节对设备的要求相对较低,投资额相对较小,而相比较之下碳化硅衬底可用于微波电子、电力电子等领域,处于宽禁带半导体产业链的前端,是前沿、基础的核心关键材料,具有重大的战略意义。数据显示碳化硅器件制造成本中衬底成本占比近47%,外延成本占比23%

公司亮点:国产晶闸管龙头企业,专业从事功率半导体芯片和器件的研发、设计、生产和销售。主要产品为各类电力电子器件和芯片。

以技术和产品发展相对成熟的、GaN材料为切入点,迅速做大第三代半导体产业规模。聚焦材料、外延、芯片、器件、封装、设备和应用等第三代半导体产业链重点环节,加强产学研联合,以合资、合作方式培育和吸引高水平企业,促进产业集聚和产业链协同,推动第三代半导体在电力电子、微波电子和半导体照明等领域的应用,打造第三代半导体产业发展高地。

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