电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，遭受电压和电流容量在所有器件中最高
；电力二极管为不可控器件，结构和原理简朴，事情可靠
；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。

1. MCT (MOS Control led Thyristor)：MOS控制晶闸管

MCT 是一种新型MOS 与双极复合型器件。如上图所示。MCT是将 MOSFET 的高阻抗、低驱动图 MCT 的功率、快开关速率的特征与晶闸管的高压、大电流特型连系在一起，形成大功率、高压、快速全控型器件。实质上MCT 是一个MOS 门极控制的晶闸管。它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由无数单胞并联而成。它与GTR，MOSFET， IGBT，GTO 等器件相比，有如下优点：

(1)电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可关断电流密度为6 000kA/ m2
；
(2)通态压降小、消耗小，通态压降约为11V
；
(3)极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达 20 kV/s ，di/dt为2 kA/s
；
(4)开关速率快， 开关消耗小，开通时间约200ns，1 000 V 器件可在2 s 内关断
；

2. IGCT( Intergrated Gate Commutated Thyristors)

IGCT 是在晶闸管手艺的基础上连系 IGBT 和GTO 等手艺开发的新型器件，适用于高压大容量变频系统中，是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。

IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方法毗连，连系了晶体管的稳固关断能力和晶闸管低通态消耗的优点。在导通阶段施展晶闸管的性能，关断阶段泛起晶体管的特征。IGCT 芯片在不串不并的情形下，二电平逆变器功率0.5~ 3 MW，三电平逆变器 1~ 6 MW
；若反向二极管疏散，不与IGCT 集成在一起，二电平逆变器功率可扩至4 /5 MW，三电平扩至 9 MW。

现在，IGCT 已做生意品化， ABB 公司制造的 IGCT 产品的最高性能参数为4[1] 5 kV / 4 kA ，最高研制水平为6 kV/ 4 kA。1998 年，日本三菱公司也开发了直径为88 mm 的GCT 的晶闸管IGCT 消耗低、 开关快速等优点包管了它能可靠、高效率地用于300 kW~ 10 MW 变流器，而不需要串联和并联。

3. IEGT( Injection Enhanced Gate Transistor) 电子注入增强栅晶体管

IEGT 是耐压达 4 kV 以上的 IGBT 系列电力电子器件，通过接纳增强注入的结构实现了低通态电压，使大容量电力电子器件取得了奔腾性的生长。IEGT 具有作为MOS 系列电力电子器件的潜在生长远景，具有低消耗、高速行动、高耐压、有源栅驱动智能化等特点，以及接纳沟槽结构和多芯片并联而自均流的特征，使其在进一步扩大电流容量方面颇具潜力。另外，通过模块封装方法还可提供众多派生产品，在大、中容量变换器应用中被寄予厚望。日本东芝开发的 IECT 使用了电子注入增强效应，使之兼有 IGBT 和 GTO 两者的优点: 低饱和压降，清静事情区(吸收回路容量仅为 GTO 的十分之一左右) ，低栅极驱动功率(比 GT O 低两个数目级)和较高的事情频率。器件接纳平板压接式电机引出结构，可靠性高， 性能已经抵达4.5 kV/ 1 500A 的水平。
4. IPEM( Intergrated Power Elactronics Mod ules) :集成电力电子模块

IPEM 是将电力电子装置的诸多器件集成在一起的模块。它首先是将半导体器件MOSFET， IGBT或MCT 与二极管的芯片封装在一起组成一个积木单位，然后将这些积木单位迭装到开孔的高电导率的绝缘陶瓷衬底上，在它的下面依次是铜基板、氧化铍瓷片和散热片。在积木单位的上部，则通过外貌贴装将控制电路、门极驱动、电流和温度传感器以及
；さ缏芳稍谝桓霰【挡闵。IPEM 实现了电力电子手艺的智能化和模块化，大大降低了电路接线电感、系统噪声和寄生振荡，提高了系统效率及可靠性

5. PEBB(Power Electric Building Block) :

典范的PEBB

电力电子积木PEBB ( Pow er Elect ric Building Block ) 是在IPEM 的基础上生长起来的可处置惩罚电能集成的器件或模块。PEBB 并不是一种特定的半导体器件，它是遵照最优的电路结构和系统结构设计的差别器件和手艺的集成。典范的PEBB 上图所示。虽然它看起来很像功率半导体模块，但PEBB 除了包括功率半导体器件外，还包括门极驱动电路、电平转换、传感器、
；さ缏贰⒌缭春臀拊雌骷。PEBB 有能量接口和通讯接口。通过这两种接口，几个PEBB 可以组成电力电子系统。这些系统可以像小型的DC- DC 转换器一样简朴，也可以像大型的漫衍式电力系统那样重大。一个系统中， PEBB的数目可以从一个到恣意多个。多个 PEBB 模块一起事情可以完成电压转换、能量的贮存和转换、阴抗匹配等系统级功效，PEBB 最主要的特点就是其通用性。

6．超大功率晶闸管

晶闸管（SCR）自问世以来，其功率容量提高了近3000倍。现在许多国家已能稳固生产8kV / 4kA的晶闸管。日本现在已投产8kV / 4kA和6kV / 6kA的光触发晶闸管(LTT)。美国和欧洲主要生产电触发晶闸管。近十几年来，由于自关断器件的飞速生长，晶闸管的应用领域有所缩小，可是，由于它的高电压、大电流特征，它在HVDC、静止无功赔偿（SVC）、大功坦率流电源及超大功率和高压变频调速应用方面仍占有十分主要的职位。预计在以后若干年内，晶闸管仍将在高电压、大电流应用场合获得继续生长。

现在，许多生产商可提供额定开关功率36MVA ( 6kV/ 6kA )用的高压大电流GTO。古板GTO的典范的关断增量仅为3～5。GTO关断时代的不匀称性引起的“挤流效应”使其在关断时代dv/dt必需限制在500～1kV/μs。为此，人们不得不使用体积大、腾贵的吸收电路。另外它的门极驱动电路较重大和要求较大的驱动功率。到现在为止， 在高压（VBR > 3.3kV )、大功率（0.5～20 MVA）牵引、工业和电力逆变器中应用得最为普遍的是门控功率半导体器件。现在，GTO的最高研究水平为6in、6kV / 6kA以及9kV/10kA。为了知足电力系统对1GVA以上的三相逆变功率电压源的需要，近期很有可能开发出10kA/12kV的GTO，并有可能解决30多个高压GTO串联的手艺，可望使电力电子手艺在电力系统中的应用方面再上一个台阶。

7.脉冲功率闭合开关晶闸管

该器件特殊适用于传送极强的峰值功率（数MW）、极短的一连时间（数ns）的放电闭合开关应用场合，如：激光器、高强度照明、放电燃烧、电磁发射器和雷达调制器等。该器件能在数kV的高压下快速开通，不需要放电电极，具有很长的使用寿命，体积小、价钱较量低，可望取代现在尚在应用的高压离子闸流管、引燃管、火花间隙开关或真空开关等。

该器件奇异的结构和工艺特点是：门-阴极周界很长并形成高度交织的结构，门极面积占芯片总面积的90%，而阴极面积仅占10%
；基区空穴-电子寿命很长，门-阴极之间的水平距离小于一个扩散长度。上述两个结构特点确保了该器件在开通瞬间，阴极面积能获得100%的应用。别的，该器件的阴极电极接纳较厚的金属层，可遭受瞬时峰值电流。

8.新型GTO器件-集成门极换流晶闸管

目今已有两种通例GTO的替换品:高功率的IGBT模块、新型GTO派生器件-集成门极换流IGCT晶闸管。IGCT晶闸管是一种新型的大功率器件，与通例GTO晶闸管相比，它具有许多优良的特征，例如，不必缓冲电路能实现可靠关断、存贮时间短、开通能力强、关断门极电荷少和应用系统（包括所有器件和外围部件如阳极电抗器缓和冲电容器等）总的功率消耗低等。

9．高功率沟槽栅结构IGBT(Trench IGBT) 模块

当今高功率IGBT模块中的IGBT元胞通常多接纳沟槽栅结构IGBT。与平面栅结构相比，沟槽栅结构通常接纳1μm加工精度，从而大大提高了元胞密度。由于门极沟的保存，消除了平面栅结构器件中保存的相邻元胞之间形成的结型场效应晶体管效应，同时引入了一定的电子注入效应，使得导通电阻下降。为增添长基区厚度、提高器件耐压创立了条件。以是近几年来泛起的高耐压大电流IGBT器件均接纳这种结构。
1996年日本三菱和日立公司划分研制乐成3.3kV/1.2kA 重大容量的IGBT模块。它们与通例的GTO相比，开关时间缩短了20%，栅极驱动功率仅为GTO的1/1000。1997年富士电机研制乐成1kA/2.5kV平板型IGBT，由于集电、发射结接纳了与GTO类似的平板压接结构，接纳更高效的芯片两头散热方法。特殊有意义的是，阻止了大电流IGBT模块内部大宗的电极引出线，提高了可靠性和减小了引线电感，弱点是芯片面积使用率下降。以是这种平板压接结构的高压大电流IGBT模块也可望成为高功率高电压变流器的优选功率器件。

10.电子注入增强栅晶体管IEGT(Injection Enhanced Gate Trangistor)

近年来，日本东芝公司开发了IEGT，与IGBT一样，它也分平面栅和沟槽栅两种结构，前者的产品即将问世，后者尚在研制中。IEGT兼有IGBT和GTO两者的某些优点：低的饱和压降，宽的清静事情区（吸收回路容量仅为GTO的1/10左右)，低的栅极驱动功率（比GTO低2个数目级）和较高的事情频率。加之该器件接纳了平板压接式电极引出结构，可望有较高的可靠性。

与IGBT相比，IEGT结构的主要特点是栅极长度Lg较长，N长基区近栅极侧的横向电阻值较高，因此从集电极注入N长基区的空穴，不像在IGBT中那样，顺遂地横向通过P区流入发射极，而是在该区域形成一层空穴积累层。为了坚持该区域的电中性，发射极必需通过N沟道向N长基区注入大宗的电子。这样就使N长基区发射极侧也形成磷七浓度载流子积累，在N长基区中形成与GTO中类似的载流子漫衍，从而较好地解决了大电流、高耐压的矛盾。现在该器件已抵达4.5kV /1kA的水平。

11.MOS门控晶闸管

MOS门极控制晶闸管充分地使用晶闸管优异的通态特征、优良的开通和关断特征，可望具有优良的自关断动态特征、很是低的通态电压降和耐高压，成为未来在电力装置和电力系统中有生长前途的高压大功率器件。现在天下上有十几家公司在起劲开展对MCT的研究。MOS门控晶闸管主要有三种结构：MOS场控晶闸管（MCT）、基极电阻控制晶闸管(BRT)及射极开关晶闸管(EST)。其中EST可能是 MOS门控晶闸管中最有希望的一种结构。可是，这种器件要真正成为商业化的适用器件，抵达取代GTO的水平，还需要相当长的一段时间。

12.砷化镓二极管

随着变换器开关频率的一直提高，对快恢复二极管的要求也随之提高。众所周知，具有比硅二极管优越的高频开关特征，可是由于工艺手艺等方面的缘故原由，砷化镓二极管的耐压较低，现实应用受到局限。为顺应高压、高速、高效率和低EMI应用需要，高压砷化镓高频整流二极管已在Motorola 公司研制乐成。与硅快恢复二极管相比，这种新型二极管的显著特点是：反向泄电流随温度转变小、开关消耗低、反向恢复特征好。

13.碳化硅与碳化硅 ( SiC ) 功率器件

在用新型半导体质料制成的功率器件中，最有希望的是碳化硅 ( SiC ) 功率器件。它的性能指标比砷化镓器件还要高一个数目级，碳化硅与其他半导体质料相比，具有下列优异的物理特点: 高的禁带宽度，高的饱和电子漂移速率，高的击穿强度，低的介电常数和高的热导率。上述这些优异的物理特征，决议了碳化硅在高温、高频率、高功率的应用场合是极为理想的半导体质料。在同样的耐压和电流条件下，SiC器件的漂移区电阻要比硅低200倍，纵然高耐压的 SiC场效应管的导通压降，也比单极型、双极型硅器件的低得多。并且，SiC器件的开关时间可达10nS量级，并具有十分优越的 FBSOA。
SiC可以用来制造射频和微波功率器件，种种高频整流器，MESFETS、MOSFETS和JFETS等。SiC高频功率器件已在Motorola公司研发乐成，并应用于微波和射频装置。GE公司正在开发SiC功率器件和高温器件(包括用于喷气式引擎的传感器)。西屋公司已经制造出了在26GHz频率下事情的甚高频的MESFET。ABB公司正在研制高功率、高电压的SiC整流器和其他SiC低频功率器件，用于工业和电力系统。

功率半导体器件洗濯：

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