發(fā)展功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)迫在眉睫

　　功率半導(dǎo)體器件的主要應(yīng)用領(lǐng)域是開關(guān)電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速、UPS等等。因?yàn)檫@些裝置都需輸出一定的功率給予用電器，所以電路中必須使用功率半導(dǎo)體。功率半導(dǎo)體的另一重要應(yīng)用領(lǐng)域是發(fā)電、變電與輸電，這就是原本意義上的電力電子。任何電器設(shè)備都需要電源(盡管有些設(shè)備電源是內(nèi)置在機(jī)箱中)，任何用電機(jī)的設(shè)備都需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)(小至計(jì)算機(jī)風(fēng)扇和家電，大至礦山機(jī)械、電氣機(jī)車、軋鋼機(jī)等等)。

功率半導(dǎo)體擔(dān)當(dāng)節(jié)能重任

　　功率半導(dǎo)體已在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域和國防工業(yè)中無所不在?？梢杂孟旅娴谋扔鱽碚f明功率半導(dǎo)體的重要性。若用一臺(tái)電器比喻一個(gè)人，大規(guī)模集成電路的作用是接受和處理信息，好比人的大腦，功率半導(dǎo)體的作用之一是構(gòu)成電源為機(jī)器提供能量，這好比人的心臟；功率半導(dǎo)體的另一個(gè)作用執(zhí)行大腦的指令去驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行所需的工作，這好比人的四肢。因此，功率半導(dǎo)體與大規(guī)模集成電路這兩類半導(dǎo)體器件是同等重要而不能相互取代的。

　　我國當(dāng)前發(fā)展功率半導(dǎo)體的首要意義在于節(jié)約電能。為解決能源短缺的問題，除了“開源”之外，“節(jié)流”的潛力也是十分巨大的，而節(jié)流的首要措施就是功率半導(dǎo)體的發(fā)展及推廣其應(yīng)用。例如，據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，我國用于電機(jī)的電能占我國總發(fā)電量的60%多。如果全國電機(jī)的驅(qū)動(dòng)都采用功率半導(dǎo)體進(jìn)行變頻調(diào)速就可以節(jié)能大約1/4到1/3，也就是說可節(jié)約全國總發(fā)電量的15%至20%。這是多么驚人的數(shù)字。

　　功率半導(dǎo)體是信息產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子和汽車這4C產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，這是功率半導(dǎo)體迅速發(fā)展的另一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)力。舉例來說，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器的CPU電源是由幾十安培乃至幾萬安培的功率半導(dǎo)體構(gòu)成，功率半導(dǎo)體的改進(jìn)(例如提高頻率)可以顯著減小電源的能耗和減小設(shè)備的體積；每輛汽車有十幾個(gè)乃至幾十個(gè)由功率半導(dǎo)體控制的電機(jī)，甚至連電子點(diǎn)火都是功率半導(dǎo)體；家電的冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等都依賴功率半導(dǎo)體變頻調(diào)速來節(jié)能并舒適化；手機(jī)是用功率半導(dǎo)體進(jìn)行電源管理。功率半導(dǎo)體還是用信息技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的擔(dān)當(dāng)者，信息電路發(fā)出的指令必須經(jīng)過功率半導(dǎo)體變成功率信號(hào)才能帶動(dòng)電機(jī)的使用。當(dāng)前，用于4C產(chǎn)業(yè)的功率半導(dǎo)體已占功率半導(dǎo)體總量的70%多。

我國功率器件產(chǎn)業(yè)須奮起直追

　　國際上功率半導(dǎo)體的制造作為一個(gè)重要的技術(shù)領(lǐng)域一直在迅速發(fā)展。上世紀(jì)80年代是國際發(fā)展的重要分水嶺：功率半導(dǎo)體由電流控制發(fā)展到電壓控制，由低頻發(fā)展到高頻，由粗放的臺(tái)面制造工藝發(fā)展到精細(xì)光刻的平面制造工藝。80年代以前主要功率半導(dǎo)體器件是晶閘管(在美國稱作可控硅SCR)、柵極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、雙極功率晶體管(功率BJT，曾用GTR的名稱)以及與之配套的開關(guān)速度較慢的功率二極管。這一代功率開關(guān)的共同缺點(diǎn)是柵極需要電流驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)復(fù)雜、功耗大、成本高、使用不便。它們的另一缺點(diǎn)是工作頻率低，所需要的配套電感、電容、變壓器等體積大，從而使得設(shè)備笨重，能耗高。80年代國際上功率半導(dǎo)體發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的階段，發(fā)展出了功率金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(功率VD-MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，立即成為功率半導(dǎo)體器件的主流，因?yàn)樗鼈兛朔艘郧暗墓β拾雽?dǎo)體器件的缺點(diǎn)。它們的柵極用電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路簡單、成本低、功耗小、易于使用。其次是它們都能在幾十千赫以上的高頻工作，可以非常顯著地降低電力電子設(shè)備的體積、重量、制造成本和能耗。

　　當(dāng)前，在國際上功率半導(dǎo)體領(lǐng)域中1980年以后發(fā)展起來的新型功率半導(dǎo)體器件約占4/5以上，而以前的傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體只剩下不到1/5的份額。尤其需要指出的是，1980年后發(fā)展起來現(xiàn)代高頻功率半導(dǎo)體器件VD-MOSFET、IGBT、平面型快恢復(fù)功率二極管和功率集成電路都是用精細(xì)光刻和平面工藝技術(shù)，使用的設(shè)備和工藝線的要求與集成電路基本相同，即超凈廠房、精細(xì)光刻、離子注入摻雜、各種CVD技術(shù)(多晶硅、氮化硅、二氧化硅等)等等，高耐壓的實(shí)現(xiàn)是依靠場(chǎng)板、場(chǎng)環(huán)而不再需要腐蝕臺(tái)面。這些制造設(shè)備與設(shè)計(jì)技術(shù)完全不同于用臺(tái)面技術(shù)和粗放光刻的晶閘管、臺(tái)面二極管、功率BJT的制造。

　　目前，我國功率半導(dǎo)體企業(yè)生產(chǎn)條件和產(chǎn)品大都停留在國外上世紀(jì)70年代的水平。有個(gè)別集成電路企業(yè)制造一些小電流低檔老產(chǎn)品的VD-MOSFET，IGBT、平面型快恢復(fù)和超快恢復(fù)二極管完全不能制造。因此，我國市場(chǎng)用的功率器件約90%依賴進(jìn)口，其余約10%低檔產(chǎn)品是自己制造的。

　　中國在不久將成為功率半導(dǎo)體的世界第一大市場(chǎng)，根據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2011年功率半導(dǎo)體在中國市場(chǎng)的銷售量將占世界整個(gè)市場(chǎng)的50%，每年接近200億美元。如前所述，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用已遍及各領(lǐng)域(包括軍工)無所不在，我國的現(xiàn)代化、信息化和國家安全都要求我國自主發(fā)展功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。