功率半导体是指什么？

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解析:

“power semiconductor device”和“power integrated circuit(简写为power IC或PIC)”直译就是功率半导体器件和功率集成电路。

在国际上与该技术领域对应的最权威的学术会议就叫做International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs，即功率半导体器件和功率集成电路国际会议。

“power”这个词可译为动力、能源、功率等，而在中文里这些词的含义不是完全相同的。由于行业的动态发展，“power”的翻译发生了变化。

从上世纪六七十年代至八十年代初，功率半导体器件主要是可控硅整流器(SCR)、巨型晶体管(GTR)和其后的栅关断晶闸管(GTO)等。它们的主要用途是用于高压输电，以及制造将电网的380V或220V交流电变为各种各样直流电的中大型电源和控制电动机运行的电机调速装置等，这些设备几乎都是与电网相关的强电装置。因此，当时我国把这些器件的总称———power semiconductor devices没有直译为功率半导体器件，而是译为电力电子器件，并将应用这些器件的电路技术power electronics没有译为功率电子学，而是译为电力电子技术。与此同时，与这些器件相应的技术学会为中国电工技术学会所属的电力电子分会，而中国电子学会并没有与之相应的分学会；其制造和应用的行业归口也划归到原第一机械工业部和其后的机械部，这些都是顺理成章的。实际上从直译看，国外并无与电力电子相对应的专业名词，即使日本的“电力”与中文的“电力”也是字型相同而含义有别。此外，当时用普通晶体管集成的小型电源电路———功率集成电路，并不归属于电力电子行业，而是和其他集成电路一起归口到原第四机械工业部和后来的电子工业部。

20世纪80年代以后，功率半导体行业发生了翻天覆地的变化。功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET，常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(power IC，常简写为PIC)为主。

这一转变的主要原因是，这些器件或集成电路能在比以前高10倍以上的频率下工作，而电路在高频工作时能更节能、节材，能大幅减少设备体积和重量。尤其是集成度很高的单片片上功率系统(power system on a chip，简写PSOC)，它能把传感器件与电路、信号处理电路、接口电路、功率器件和电路等集成在一个硅芯片上，使其具有按照负载要求精密调节输出和按照过热、过压、过流等情况自我进行保护的智能功能，其优越性不言而喻。国际专家把它的发展喻为第二次电子学革命。

半导体行业的产业链主要是由芯片设计 、 代工制造 、 封装测试三部分 ， 以及产业链外部的材料 ， 设备供应商组成 。

半导体细分领域

【设计工具】

EDA软件

半导体设计： 民德电子、欧比特（IC设计）、寒武纪（SOC芯片设计）、格科微、华微电子、力合微（芯片设计原厂）

【芯片设计】

集成电路包括存储芯片（NANDFlash、NORFlash、DRAM）、CPU、GPU、MCU、FPGA、DSP、触控与指纹识别芯片、射频前端芯片、模拟芯片。

存储芯片： 兆易创新、北京君正、国科微、聚辰股份（NORFlash）

CPU（中央处理器）： 、中科曙光、长电 科技

GPU（图形处理器）： 景嘉微

MCU（微控制器）： 兆易创新、富满微、芯海 科技 、*ST大唐、力合微

FPGA（半定制电路芯片）： 紫光国微、复旦微电、安路 科技

DSP（数字信号处理器）： 国睿 科技 、四创电子、力合微

触控与指纹识别芯片： 汇顶 科技 、兆易创新

射频前端芯片： 卓胜微、三安光电、富满微、立昂微（6英寸砷化镓微波射频芯片）、艾为电子

模拟芯片： 圣邦股份、韦尔股份、汇顶 科技 、北京君正、芯海 科技 （模拟信号链）、亚光 科技 （孙公司华光瑞芯是模拟芯片研发生产商）、艾为电子

数字芯片： 晶晨股份、乐鑫 科技 、瑞芯微、全志 科技

功率芯片： 斯达半导、捷捷微电、晶丰明源

WiFi芯片： 华胜天成、博通集成

2.光电器件

LED： 三安光电（砷化镓、氮化镓、碳化硅、磷化铟、氮化铝、蓝宝石等半导体新材料所涉及的外延片、芯片）、洲明 科技 、华灿光电（LED外延片及全色系LED芯片）、聚灿光电（GaN基高亮度LED外延片、芯片）、乾照光电（全色系LED外延片和芯片）、利亚德

Miniled： 京东方A、TCL

3.分立器件包含IGBT、MOSFET、功率二极管、晶闸管、晶振、电容电阻

IGBT： 斯达半导、时代电气、台基股份、士兰微、扬杰 科技 、紫光国微、华微电子、新洁能

MOSFET： 华润微、士兰微、富满微、立昂微、扬杰 科技 、银河微电、捷捷微电、苏州固锝、新洁能

功率二极管： 扬杰 科技 、台基股份（整流管）、士兰微（快恢复二极管FRD、瞬态抑制二极管TVS、发光二极管）、银河微电、华微电子、苏州固锝

晶闸管： 捷捷微电、台基股份、捷捷微电、派瑞股份（高压直流阀用晶闸）

晶振： 泰晶 科技

电容电阻： 风华高科

4.传感器

敏芯股份（MEMS传感器）、华润微（智能传感器）、士兰微（MEMS传感器）、光莆股份（半导体光电传感器）

【代工制造】

晶圆加工： 中芯国际

开放式晶圆制造： 华润微

MEMS晶圆制造： 赛微电子

【封装测试】

长电 科技 、通富微电、华天 科技 、晶方 科技 、康强电子、华润微、大港股份、气派 科技 、华微电子、兴森 科技 （半导体测试板）、苏州固锝

【晶圆制作材料】

硅片： 沪硅产业、中环股份、立昂微（半导体硅片）、神工股份（单晶硅材料）、中晶 科技

光刻胶： 南大光电、容大感光、飞凯材料、晶瑞股份、雅克 科技 、安泰 科技

特种气体： 华特气体、雅克 科技

湿电子化学品： 江化微

靶材： 江丰电子、隆华 科技 、有研新材、阿石创（溅射靶材）、江丰电子（高纯溅射靶材）

CMP抛光材料： 安集 科技 、鼎龙股份

高纯试剂： 上海新阳、晶瑞股份、

【第三代半导体】

氮化镓GaN ：富满电子、奥海 科技 （氮化镓充电器）、聚灿光电（GaN基高亮度LED外延片、芯片）、闻泰 科技 、赛微电子[6-8英寸硅基氮化镓（GaN-on-Si）、碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）]、海能实业（快充氮化镓产品）、兆驰股份[兆驰半导体生产蓝绿光（GaN）与红黄光（GaAs）外延及芯片]、亚光 科技

碳化硅Sic： 露笑 科技 （碳化硅衬底片、外延片）、楚江新材、闻泰 科技 、天富能源（Sic衬底环节，参股天科合达）、三安光电（砷化物、氮化物、磷化物及碳化硅等化合物半导体新材料所涉及的外延片、芯片）、时代电气、捷捷微电、温州宏丰(碳化硅单晶研发)、紫光国微、晶盛机电（碳化硅长晶设备）、甘化科工（参股苏州锴威特半导体）、东尼电子、易事特

【设备】

光刻机：

刻蚀机： 中微公司（等离子体刻蚀设备、CPP，ICP）、芯源微（湿法刻蚀机）、北方华创

离子注入设备： 万业企业

炉管设备： 北方华创、晶盛机电

清洗设备： 北方华创、至纯 科技 （半导体湿法清洗设备研发）、芯源微

检测设备： 精测电子、华峰测控、长川 科技

物理气相沉积设备PVD： 北方华创、华亚智能（半导体设备领域结构件）

化学气相沉积设备CVD： 北方华创、晶盛机电、华亚智能（半导体设备领域结构件）

涂胶/显影机： 芯源微

喷胶机： 芯源微

原子层沉积设备ALD： 北方华创

MOCVD设备： 中微公司

半导体微组装设备： 易天股份

【其他】

华为海思半导体供应商： 铭普光磁

掩膜版： 清溢光电

PVD镀膜材料： 阿石创

镀膜设备： 立霸股份（参股拓荆 科技 ）

印刷电路板PCB： 澳弘电子、协和电子、华正新材[覆铜板（CCL）]、兴森 科技 、金安国纪、迅捷兴、本川智能、胜宏 科技 、四会富仕、超声电子、奥士康、沪电股份、明阳电路、广东骏亚

单晶拉制炉热场系统： 金博股份

工业视觉装备： 天准 科技

石英晶体： 惠伦晶体、东晶电子

电容器： 江海股份、艾华集团、铜峰电子

FPC线路板： 风华高科、*ST丹邦

半导体是一种电导率在绝缘体至导体之间的物质，其电导率容易受控制，可作为信息处理的元件材料。从科技或是经济发展的角度来看，半导体非常重要。很多电子产品，如计算机、移动电话、数字录音机的核心单元都是利用半导体的电导率变化来处理信息。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。

基本简介

半导体

顾名思义：常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料，叫做半导体（semiconductor）。

物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料，如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等，称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。

半导体的分类，按照其制造技术可以分为：集成电路器件，分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类，一般来说这些还会被分成小类。此外还有以应用领域、设计方法等进行分类，虽然不常用，单还是按照IC、LSI、VLSI（超大LSI）及其规模进行分类的方法。此外，还有按照其所处理的信号，可以分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。

基本定义

电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。

半导体室温时电阻率约在10E-5～10E7欧·米之间，温度升高时电阻率指数则减小。

半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。

锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ 族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物(硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。

半导体（东北方言）：意指半导体收音机，因收音机中的晶体管由半导体材料制成而得名。

本征半导体

不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带(见能带理论)，受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子 - 空穴对，均能自由移动，即载流子，它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。在一定温度下，电子 - 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子 - 空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。

分立功率器件按照功率的大小划分为大功率半导体器件和中小功率半导体器件。具体来说，大功率晶闸管专指承受电流值在200A 以上的晶闸管产品；大功率模块则指承受电流25A 以上的模块产品；大功率IGBT、MOSFET 指电流超过50A 以上的IGBT、MOSFET 产品。

1956 年美国贝尔实验室（Bell Lab）发明了晶闸管，国际上，70 年代各种类型的晶闸管有了很大发展，80 年代开始加快发展大功率模块，同时各种大功率半导体器件在欧美日有很大的发展，90 年代IGBT 等全控型器件研制成功并开始得到应用。

在国内，60 年代晶闸管研究开始起步，70 年代研制出大功率的晶闸管，80年代以来，大功率晶闸管在中国得到很大发展，同时开始研制模块；本世纪以来，开始少量引进超大功率晶闸管（含光控晶闸管）技术；近年来国家正在逐步引进IGBT、MOSFET 技术。中国宏观经济的不断成长，带动了大功率半导体器件技术的发展和应用的不断深入。

晶闸管、模块、IGBT 的发明和发展顺应了电力电子技术发展的不同需要，是功率半导体发展历程中不同时段的重要标志产品，他们的应用领域、应用场合大部分不相同，小部分有交叉。在技术不断发展和工艺逐步改善的双重推动下，[1]大功率半导体器件将向着高电压、大电流、高频化、模块化、智能化的方向发展。在10Khz 以下、大功率、高电压的场合，大功率晶闸管和模块具有很强的抗冲击能力及高可靠性而占据优势，同时又因成本较低、应用简单而易于普及。在10Khz 以上、中低功率场合，IGBT、MOSFET 以其全控性、适用频率高而占据优势。

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