半導(dǎo)體電力電子器件發(fā)展概況及趨勢

徐偉

充分研究半導(dǎo)體電力電子器件具有十分重要的意義，而且其應(yīng)用性廣的特性也使得電力電子器件在我國有著更為廣闊的發(fā)展空間

隨著社會的不斷進步，我國電子信息技術(shù)已經(jīng)取得較好的發(fā)展空間，成為人們生活中被頻繁使用的技術(shù)。而在信息技術(shù)發(fā)展的過程中，半導(dǎo)體是一項必不可少的關(guān)鍵器件，在集成電路、通訊系統(tǒng)、電路照明、工業(yè)控制、電力發(fā)生與傳輸?shù)榷喾矫婢休^多應(yīng)用。因此，在當前生產(chǎn)生活中，半導(dǎo)體具有十分重要的存在價值。

半導(dǎo)體發(fā)展的三個歷程

半導(dǎo)體的發(fā)展狀況不僅直接影響著信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況，而且由于半導(dǎo)體應(yīng)用范圍較廣，對電力、機械、礦冶、交通、石化等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，通訊、激光、機器人、航空航天等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，5G、消費電子、新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電等新興產(chǎn)業(yè)都有極大的影響。縱觀半導(dǎo)體的發(fā)展歷程，主要經(jīng)歷了三個階段。

整流器時代。在電力電子技術(shù)發(fā)展的過程中，半導(dǎo)體的最初發(fā)展階段是整流器時代。在這個階段，半導(dǎo)體以大功率硅整流管和晶閘管為主要發(fā)展內(nèi)容，憑借其能夠高效地將工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電的特性，在此時期取得了較大的發(fā)展空間。

逆變器時代。繼整流器時代后，逆變器時代逐漸到來，在此時期，大功率晶閘管、巨型功率晶體管以及門極關(guān)斷晶閘管應(yīng)運而生，并且因上述電力電子器件能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變的特性，在上世紀七八十年代受到相關(guān)人員的關(guān)注。但是，由于當時的電力電子器件工作頻率相對較低，因此逆變器時代的相關(guān)電力電子器件只能局限在中低頻范圍工作。

變頻器時代。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，在變頻器時代成功地解決了電子器件工作頻率低，只能局限于低頻范圍的問題。由于具備了高品處理技術(shù)，配合復(fù)合化、模塊化、綠色化的發(fā)展方向，使得變頻器時代MOSFET成為20世紀80年代末到90年代初的主流半導(dǎo)體，也是傳統(tǒng)電力電子器件向現(xiàn)代化電力電子器件轉(zhuǎn)化的重要標志。

半導(dǎo)體電力電子器件國內(nèi)發(fā)展趨勢

隨著科技的進步，半導(dǎo)體技術(shù)在我國逐漸發(fā)展成熟，也為更多行業(yè)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。但是相較于國外的半導(dǎo)體電力電子發(fā)展技術(shù)，我國尚處于起步階段，因此，需要不斷地對半導(dǎo)體電力電子器件進行研究，促進國內(nèi)半導(dǎo)體更好地發(fā)展。

電力電子器件發(fā)展趨勢研究。在我國經(jīng)濟社會不斷發(fā)展的過程中，電子設(shè)備也有了長足的進步。同時，隨著人們對電子設(shè)備的要求逐年增加，對電子器件的多項指標及其可靠性的要求也隨之增加。其中，對電子器件要求的提高主要體現(xiàn)在電力電子器件電流密度、散熱能力、工作能力以及工作電壓不斷增強，而且由于電力電子器件應(yīng)用相對較廣，因此在航天、軍事等方面的要求更為嚴格，特別是以抗輻射及抗震動能力為最主要的要求。其目的不僅僅在于電力電子器件能夠有更多的應(yīng)用空間，還要求其能夠在更為惡劣的環(huán)境中運用。因此，半導(dǎo)體在提升電子電力器件發(fā)展水平的過程中，將為國家發(fā)展提供更強有力的技術(shù)支持。

電力電子設(shè)備及系統(tǒng)發(fā)展趨勢研究。在社會發(fā)展的過程中，電力電子設(shè)備逐漸向智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展，而且越來越多的企業(yè)對電子電力器件以及相關(guān)系統(tǒng)進行生產(chǎn)，造成競爭力增加的現(xiàn)象。在這個過程中，電力電子設(shè)備和電磁干擾問題會隨之得到有效解決。未來的電力電子設(shè)備發(fā)展過程中，會有更加新型、完善的設(shè)備被研制出來，變頻調(diào)速、汽車電子、新能源等領(lǐng)域也將逐漸取得更多的應(yīng)用空間，電力電子設(shè)備及系統(tǒng)將在我國取得更好的發(fā)展空間。

半導(dǎo)體電力電子器件在當前階段應(yīng)用于我國多個領(lǐng)域，對于信息技術(shù)等方面有著較大的影響，其發(fā)展狀況在一定程度上決定著國家的發(fā)展方向。

（作者單位：浙江正邦電子股份有限公司）