挑战与机遇并存的电力电子_访电力电子应用技术国家工程.pdf

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1、EA□本刊记者陈大立朱历电力电子专辑挑战与机遇并存的电力电子——访电力电子应用技术国家工程研究中心副主任钱照明教授由于我国常规能源资源的和发展而发展的，请您回顾一下电力电子器件的发展历史。有限性和环保的巨大压力，能钱照明：电力电子技术是伴随着电力电子器件的出现和源建设必须走节电和开发利用发展而发展的。伴随硅技术的进步，电力电子器件取得了显可再生能源之路，这就决定了著的进展。它的发展历史可以划分成三个时期：第一时期在今后相当长的一段时期内，1950～1960年为摇篮期，在这一时期中，半导体器件包括电我国国民经济的发展和巨大的力电

2、子器件的关键技术几乎全部得以完善；第二个时期用户市场对电力电子与电力传1970～1980年末，可以称之为成长期。主要的电力电子器件动应用技术具有巨大的、持久像MOSFET、IGBT、GTO和光触发晶闸管等迅速发展，功的需求，这就意味着我国电力率变换对电力电子器件的主要要求随着上述器件的问世都基钱照明教授电力电子应用技术国家工程研电子和电力传动产业面临着良本上得以满足；第三个时期从1990年初一直到目前，为充分究中心副主任好的机遇。成长成熟期，基于硅材料的电压全控型电力电子器件和智能经济学家认为21世纪的经济将发生巨大变革，知识

3、经济型集成功率模块技术得到了进一步的完善和发展。开始替代工业经济，这对世界经济的发展将有很大推动力。:目前传统的功率器件已经逼近由于寄生二极今后世界市场的竞争主要表现为高新技术的竞争，谁拥有电管制约而能达到的材料极限，请问在这方面有何技术突破？力电子这种先进的高新科技产品，谁就掌握竞争的优势。面钱照明：为突破目前的器件极限，目前有两大技术发展临我国已加入世贸组织和必须适应国际大循环的形势，我们方向值得关注：一是采用新的器件结构，二是采用宽能带间面临着严峻的挑战，因为总体说来我国当前电力电子与电力隙的半导体器件。新功率器件结构通

4、过MOSFET、IGBT、传动技术的水平落后于国际先进水平，远远跟不上我国国民GTO等的应用，进一步提高了这些器件的特性，如降低导通经济发展的需要，特别是还面临着国外产品严重冲击，因此，电阻和饱和压降、减小开关损耗和更方便的门极驱动等。宽我们必需清醒地认识到这一挑战并且要勇敢地面对。能带间隙半导体的出现突破了硅半导体器件原有的极限。由于材料的最高击穿电场强度决定了器件的最高阻断电压，故电力电子器件两大发展方向而可以通过使用宽能带间隙半导体材料如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)和金刚石等，来改善最大阻断电压和导通电阻两者之:电

5、力电子技术是伴随着电力电子器件的出现间的折衷关系。42

6、电气时代2005年第3期【电力电子专辑】:请具体介绍在第一个技术方向采用新的器件根据材料特性，碳化硅器件与硅器件相比，具有10倍于硅的结构方面的情况。耐压强度、2倍于硅的饱和速率、3倍于硅的导热性的优势。钱照明：目前，人们已经开发出了超级结和浮动结等新随着外延生长工艺和相关设备的显著进步，2in直径的型结构的功率器件。这类器件的设计理念是通过在有源层碳化硅晶片目前市场上也有供应。由于碳化硅的宽能带隙，(activelayer)引入三维结构，降低PN结周围的最大电场值。双极

7、型器件有一个约2.5V的门槛或内置的结电压，所以碳现已商品化的600VSJ-MOSFET的导通电阻只有普通化硅主要适用于单极型多子器件，例如肖特基二极管(SBD)、MOSFET导通电阻的1/3，约40mΩ·cm2。导通电阻低于26m结型场效应管(JFET)、静电感应晶体管(SIT)或MOSFET等。Ω·cm2的600VSJ-MOSFET也见诸报道，导通电阻低于10m碳化硅肖特基二极管是一个最有前途的器件，它在关断Ω·cm2的600VSJ-MOSFET不久也将进入市场。时几乎没有反向恢复电流，同时在300～3000V、开关频率在

8、低电压大电流应用场合，如VRM应用中，要求器件高于50kHz的应用场合格外有吸引力。目前，导通阻抗只有(MOSFET)具有更小的Ron·Qg(导通电阻和门极电荷乘积)的1.0mΩ·cm2的600VSiC-SBD已经在实验室中试制成功，另值，更小的米勒电容和更适合于与CPU集成，以达到更高的外600V6A等级的SiC-SBD已经在市场上供应。高达1700V/效率和功率密度。目前正在研究的基于薄绝缘硅片的横向轻50A的SiC-SBD也将在未来几年内出现在市场上。这样的掺杂漏极MOSFET(LDDMOSFET-SOI)可以提供更好的

9、性能。SiC-SBD在电压源PWM逆变器中的应用将会使二极管关断其R·Q乘积比理论上最好的VDMOS还要小3倍，比沟槽损耗和IGBT开通损耗大幅度下降。ongMOSFET小7倍。更重要的是，其工艺可以和VLSI的BiCMOS对基于SiC的开关器件，在导通损耗方面要比目前的Si