功率半导体器件与功率集成技术的发展现状及展望孙伟锋.pdf

中国科学: 信息科学 2012 年 第42 卷 第12 期: 1616–1630 评 述 中国科学院学部 科学与技术前沿论坛 微纳电子专刊 功率半导体器件与功率集成技术的 发展现状及展望 孙伟锋 张波 肖胜安 苏巍 成建兵 东南大学国家ASIC 工程技术研究中心, 南京 210096 电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054 上海华虹 NEC 电子有限公司, 上海 201206 无锡华润上华半导体有限公司, 无锡 214061 南京邮电大学电子科学与工程学院, 南京 210003 * 通信作者. E-mail: swffrog@ 收稿日期: 2012–08–11; 接受日期: 2012–08–28 摘要 功率半导体技术是半导体领域的重要研究内容之一, 主要应用于现代电子系统的功率处理 单元, 是当今消费类电子、工业控制和国防装备等领域中的关键技术之一. 本文概要介绍了功率半导 体器件与集成技术的特点和应用范围, 阐述了功率半导体器件与集成技术的发展现状和趋势, 给出 了未来技术发展路线图, 最后梳理了未来技术发展的若干问题. 关键词 功率半导体器件 功率集成技术 技术路线图 引言 40 多年来, 半导体技术沿着摩尔定律的路线不断缩小芯片特征尺寸, 然而目前半导体技术已经发 展到一个瓶颈: 随着线宽的越来越小, 制造成本成指数上升; 而且随着线宽接近纳米尺度, 量子效应 越来越明显, 同时芯片的泄漏电流也越来越大. 因此半导体技术的发展必须考虑 “后摩尔时代” 问题. 2005 年国际半导体技术发展路线图 (international technology roadmap for semiconductors, 简称ITRS) 提出了超越摩尔定律 (more than Moore) 的概念 , 如图 1 所示, 功率半导体器件和功率集成技术在 more than Moore 中扮演十分重要的角色, 主要用于现代电子系统中的变频、变压、变流、功率放大、 功率管理等功率处理电路, 也是当今消费类电子、工业控制和国防装备等领域中的关键技术之一. 功率半导体器件 (power semiconductor devices) 是进行功率处理的半导体器件. 根据载流子的不 同, 功率半导体器件分为两类, 一类为双极型号功率半导体器件; 另一类为单极功率半导体器件. 前者 主要由功率二极管 (其中肖特基势垒功率二极管属于单极功率半导体器件)、晶闸管、绝缘栅双极型晶 体管 (IGBT); 后者主要包含以VDMOS 为代表的功率MOS 器件. 根据材料分类主要是硅基功率半导 体器件和宽禁带材料基 (主要是碳化硅 (SiC) 和氮化稼 (GaN)) 功率半导体器件. 图2 为几种典型 功率半导体器件应用频率和功率范围. 引用格式 孙伟锋 张波 肖胜安 等 功率半导体器件与功率集成技术的发展现状及展望 中国科学 信息科学 中国科学: 信息科学 第 42 卷 第 12 期 More than Moore: Diversificaton HV Sensors ) Analog/RF Passives Power Actuators Biochips m n (