功率半導體應用的案例
PPT | 碳化硅功率半導體在中壓配電網中的應用
主要研究領域為大容量電力電子技術、高性能并網變換器、寬禁帶半導體器件應用技術。姬世奇博士于2015年至2020年于美國田納西大學工作，擔任研究助理教授。作為關鍵技術人員參與國家重點研發計劃1項、美國能源部支持項目4項（經費約800萬美元），研制了國際上首臺基于高壓碳化硅的光伏逆變器和異步微網接口變換器、以及用于中壓配電網的大容量多端口電能路由器。作為技術負責人參與的項目獲得美國能源部Power America項目最高評審獎。姬世奇博士與包括GE、Danfoss、Cree等電力電子領域國內外知名企業有良好的合作關系。在頂級期刊及會議發表學術論文50余篇，其中SCI收錄10余篇，獲得IEEE ICEMS、IPEMC等國際會議最佳論文獎，獲得2021年日內瓦國際發明特別金獎。在國際期刊與國際會議中擔任期刊編委、技術委員會委員等職務。姬世奇博士于2010年和2015年獲得清華大學學士和博士學位。
來源：IN-SEMI
展開 JCMSuite應用-高功率半導體激光器
JCMSuite應用-高功率半導體激光器
來源:訊技光電 作者: 技術部
在本教程項目中，我們研究了加熱對實際二極管激光器模式輪廓的影響，即熱透鏡。溫度的變化會引起材料折射率的變化。這當然會影響波導模式的形狀和傳播常數。通常加熱會增加折射率，從而導致模式的橫向壓縮.
下圖是我們分析的超大型光波導激光器的截面：
二極管激光器由一個pn-結組成。用于激光模式的橫向波導是由蝕刻在結構中的兩個溝槽形成的。橫截面是由布局文件中的一些平行四邊形設置的.
熱傳導項目
為了研究溫度對傳播模式的影響，我們首先必須確定設備內的溫度分布。 相應的項目文件位于單獨的子文件夾“heat”中。 溫度分布的長度尺度當然比光學分布圖大得多。 此外，還必須考慮設備，散熱器等的整體安裝。 因此，我們增加了用于溫度模擬的布局尺寸:
熱問題和傳播模式問題的布局在基本文件夾中只在計算域的大小上不同，它裁剪所有其他定義的平行四邊形。此外，在熱布局中，我們有一個額外的平行四邊形，用來定義溝槽之間熱源的位置
在源文件中定義了以下熱源:為DomainId=1000的平行四邊形分配一個空間均勻的熱源，并為邊界指定溫度源.
熱模擬的邊界條件為:
固定的邊界條件對給定的溫度設置了溫度分布并模擬了散熱器。輻射邊界條件是熱模擬的開邊界條件，并模擬了到無限環境熱輻射。在源文件中定義了邊界的相應溫度。
在給定熱源下所得到的溫度分布如下所示:
對于熱模擬，自適應網格細化也是可用的，自適應網格細化可以清晰地細化溫度場解顯示出最顯著特征的網格.
展開 JCMSuite應用-高功率半導體激光器
在本教程項目中，我們研究了加熱對實際二極管激光器模式輪廓的影響，即熱透鏡。溫度的變化會引起材料折射率的變化。這當然會影響波導模式的形狀和傳播常數。通常加熱會增加折射率，從而導致模式的橫向壓縮.
下圖是我們分析的超大型光波導激光器的截面：
二極管激光器由一個pn-結組成。用于激光模式的橫向波導是由蝕刻在結構中的兩個溝槽形成的。橫截面是由布局文件中的一些平行四邊形設置的.
熱傳導項目
為了研究溫度對傳播模式的影響，我們首先必須確定設備內的溫度分布。相應的項目文件位于單獨的子文件夾“heat”中。溫度分布的長度尺度當然比光學分布圖大得多。此外，還必須考慮設備，散熱器等的整體安裝。因此，我們增加了用于溫度模擬的布局尺寸:
熱問題和傳播模式問題的布局在基本文件夾中只在計算域的大小上不同，它裁剪所有其他定義的平行四邊形。此外，在熱布局中，我們有一個額外的平行四邊形，用來定義溝槽之間熱源的位置
在源文件中定義了以下熱源:為DomainId=1000的平行四邊形分配一個空間均勻的熱源，并為邊界指定溫度源.
熱模擬的邊界條件為:
固定的邊界條件對給定的溫度設置了溫度分布并模擬了散熱器。輻射邊界條件是熱模擬的開邊界條件，并模擬了到無限環境熱輻射。在源文件中定義了邊界的相應溫度。
在給定熱源下所得到的溫度分布如下所示:
對于熱模擬，自適應網格細化也是可用的，自適應網格細化可以清晰地細化溫度場解顯示出最顯著特征的網格.
熱效應與光學模擬的耦合
溫度升高對光學模擬的物理影響是通過折射率的變化來模擬的。JCMsuite提供了對材料文件中定義的介電常數的熱光學校正，計算出的基本模態如下所示:
項目定義使用了基本傳播模式示例中的標準設置
展開 RS瑞森半導體-大功率開關電源的應用
另外上千瓦的大功率開關電源，要求其高效、功率密度高、體積小、重量輕、成本低，PFC線路上采用瑞森半導體碳化硅（SiC）二極管可以提升大功率開關電源的功率密度和效率，有效降低了開關損耗。
五、大功率開關電源應用產品推薦
根據大功率開關電源對MOS管的需求，推薦瑞森半導體以下產品系列：
JCMSuite應用-高功率半導體激光器
在本教程項目中，我們研究了加熱對實際二極管激光器模式輪廓的影響，即熱透鏡。溫度的變化會引起材料折射率的變化。這當然會影響波導模式的形狀和傳播常數。通常加熱會增加折射率，從而導致模式的橫向壓縮.
下圖是我們分析的超大型光波導激光器的截面：
二極管激光器由一個pn-結組成。用于激光模式的橫向波導是由蝕刻在結構中的兩個溝槽形成的。橫截面是由布局文件中的一些平行四邊形設置的.
熱傳導項目
為了研究溫度對傳播模式的影響，我們首先必須確定設備內的溫度分布。相應的項目文件位于單獨的子文件夾“heat”中。溫度分布的長度尺度當然比光學分布圖大得多。此外，還必須考慮設備，散熱器等的整體安裝。因此，我們增加了用于溫度模擬的布局尺寸:
熱問題和傳播模式問題的布局在基本文件夾中只在計算域的大小上不同，它裁剪所有其他定義的平行四邊形。此外，在熱布局中，我們有一個額外的平行四邊形，用來定義溝槽之間熱源的位置
在源文件中定義了以下熱源:為DomainId=1000的平行四邊形分配一個空間均勻的熱源，并為邊界指定溫度源.
熱模擬的邊界條件為:
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在給定熱源下所得到的溫度分布如下所示:
對于熱模擬，自適應網格細化也是可用的，自適應網格細化可以清晰地細化溫度場解顯示出最顯著特征的網格.
熱效應與光學模擬的耦合
溫度升高對光學模擬的物理影響是通過折射率的變化來模擬的。JCMsuite提供了對材料文件中定義的介電常數的熱光學校正，計算出的基本模態如下所示:
項目定義使用了基本傳播模式示例中的標準設置
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在本教程項目中，我們研究了加熱對實際二極管激光器模式輪廓的影響，即熱透鏡。溫度的變化會引起材料折射率的變化。這當然會影響波導模式的形狀和傳播常數。通常加熱會增加折射率，從而導致模式的橫向壓縮.
下圖是我們分析的超大型光波導激光器的截面：
二極管激光器由一個pn-結組成。用于激光模式的橫向波導是由蝕刻在結構中的兩個溝槽形成的。橫截面是由布局文件中的一些平行四邊形設置的.
熱傳導項目
為了研究溫度對傳播模式的影響，我們首先必須確定設備內的溫度分布。 相應的項目文件位于單獨的子文件夾“heat”中。 溫度分布的長度尺度當然比光學分布圖大得多。 此外，還必須考慮設備，散熱器等的整體安裝。 因此，我們增加了用于溫度模擬的布局尺寸:
熱問題和傳播模式問題的布局在基本文件夾中只在計算域的大小上不同，它裁剪所有其他定義的平行四邊形。此外，在熱布局中，我們有一個額外的平行四邊形，用來定義溝槽之間熱源的位置 在源文件中定義了以下熱源:為DomainId=1000的平行四邊形分配一個空間均勻的熱源，并為邊界指定溫度源.
熱模擬的邊界條件為:
固定的邊界條件對給定的溫度設置了溫度分布并模擬了散熱器。輻射邊界條件是熱模擬的開邊界條件，并模擬了到無限環境熱輻射。在源文件中定義了邊界的相應溫度。在給定熱源下所得到的溫度分布如下所示:
對于熱模擬，自適應網格細化也是可用的，自適應網格細化可以清晰地細化溫度場解顯示出最顯著特征的網格.
熱效應與光學模擬的耦合 溫度升高對光學模擬的物理影響是通過折射率的變化來模擬的。JCMsuite提供了對材料文件中定義的介電常數的熱光學校正，計算出的基本模態如下所示:
項目定義使用了基本傳播模式示例中的標準設置. 熱透鏡
為了量化熱透鏡的效果，我們在參考子文件夾中定義了一個參考項目。與溫度依賴模式項目的唯一區別是源文件定義:
在整個計算域上設定一個恒溫溫度
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在本教程項目中，我們研究了加熱對實際二極管激光器模式輪廓的影響，即熱透鏡。溫度的變化會引起材料折射率的變化。這當然會影響波導模式的形狀和傳播常數。通常加熱會增加折射率，從而導致模式的橫向壓縮.
下圖是我們分析的超大型光波導激光器的截面：
二極管激光器由一個pn-結組成。用于激光模式的橫向波導是由蝕刻在結構中的兩個溝槽形成的。橫截面是由布局文件中的一些平行四邊形設置的.
熱傳導項目
為了研究溫度對傳播模式的影響，我們首先必須確定設備內的溫度分布。 相應的項目文件位于單獨的子文件夾“heat”中。 溫度分布的長度尺度當然比光學分布圖大得多。 此外，還必須考慮設備，散熱器等的整體安裝。 因此，我們增加了用于溫度模擬的布局尺寸:
熱問題和傳播模式問題的布局在基本文件夾中只在計算域的大小上不同，它裁剪所有其他定義的平行四邊形。此外，在熱布局中，我們有一個額外的平行四邊形，用來定義溝槽之間熱源的位置
在源文件中定義了以下熱源:為DomainId=1000的平行四邊形分配一個空間均勻的熱源，并為邊界指定溫度源.
熱模擬的邊界條件為:
固定的邊界條件對給定的溫度設置了溫度分布并模擬了散熱器。輻射邊界條件是熱模擬的開邊界條件，并模擬了到無限環境熱輻射。在源文件中定義了邊界的相應溫度。
在給定熱源下所得到的溫度分布如下所示:
對于熱模擬，自適應網格細化也是可用的，自適應網格細化可以清晰地細化溫度場解顯示出最顯著特征的網格.
熱效應與光學模擬的耦合
溫度升高對光學模擬的物理影響是通過折射率的變化來模擬的。JCMsuite提供了對材料文件中定義的介電常數的熱光學校正，計算出的基本模態如下所示:
展開 芯導科技募資加強功率器件與IC研發，抓緊第三代半導體材料發展機遇
當前半導體產業正在發生變革，其中新材料成為產業新的發展重心。以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等材料為代表的新材料半導體，業界稱為第三代半導體。因其寬禁帶、高飽和漂移速度、高臨界擊穿電場等優異的性能而受到行業關注，成為了新型的半導體材料。
第三代半導體材料主要以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶的半導體材料，是未來 5G 時代的標配，是支撐新一代移動通信、新能源汽車、高速軌道列車、能源互聯網等產業自主創新發展和轉型升級的重點核心材料。
有數據統計，2024年GaN功率半導體市場規模將超過3.5億美元，2018年至2024年的年均復合增長率達到85%。GaN 器件具備導通電阻小、損耗低以及能源轉換效率高等優點，可在高頻情況下保持高效率水平工作且制成的充電器還可以做到較小的體積，目前其下游消費類應用主要以手機快充、無線充電為主，未來將有望被廣泛運用于5G通訊、智能電網等領域。
正因為第三代半導體材料的高速發展，其必然會增加對功率器件的性能和技術提出了新的需求。目前歐美、日韓及臺灣等地區已經實現 SiC、GaN 等新材料半導體功率器件的量產，芯導科技不但想通過該項目能夠滿足更多下游應用領域的需求，而且能夠支持我國的第三代半導體產業的發展，抓緊國家對于第三代半導體產業的扶持發展的機遇。
據了解，該項目的產品將主要應用在電子快速充電產品中，下游主要應用于消費類電子、數據中心等領域。本項目建成達產后，預計每年新增銷售第三代半導體 GaN-on-Si HEMT功率器件7.44百萬顆，提升芯導科技在第三代半導體材料應用領域的市場競爭力。
展開 REASUNOS瑞森半導體碳化硅二極管在大功率電源上的應用
一、前言
大功率電源通常由一個變壓器、整流電路、濾波電路、功率半導體器件和開啟電路等多個部分組成。變壓器主要用于將市電的交流電壓轉換為設備所需要的直流電壓。整流電路將輸出的交流電壓轉化為直流電壓。濾波電路可對直流電壓進行過濾，使其更加穩定。功率半導體器件則用于放大輸出信號功率，實現高功率輸出功能。開啟電路在電源啟動時，會產生一個非常短暫的電壓降低，來避免高壓損壞電源的部件。
二、產品應用
大功率電源廣泛應用于各個領域，如：電子類、電力類、汽車類、航空與航天類、醫療和海洋工程類、軍事類等。在航天航空領域，大功率電源提供飛機飛行所需的全部電量。在軍事領域，大功率電源作為保證通訊的中心設備，以確保作戰的順利進行。在醫療設備領域，大功率電源用于供電給CT機、超聲波、心電圖等不同的醫療器械。
三、典型應用拓撲圖
因大功率電源要求其高效、功率密度高、體積小、重量輕、成本低等需求，大功率電源PFC電路推薦采用碳化硅二極管，可提升大功率電源的功率密度和效率，減少體積和降低成本，同時實現更高的環保效率。
展開 大功率半導體技術現狀及其進展
摘要：介紹了現代硅基大功率半導體器件的歷史演變和新型器件結構的研究進展，以及寬禁帶半導體材料和器件的現狀；闡述了國內大功率半導體器件在軌道交通、直流輸電和新能源汽車等領域的研發進展和應用現狀；最后討論了大功率半導體技術面臨的技術挑戰和發展趨勢。
0 引言
經過 60 余年的技術發展，大功率半導體行業已經開發出多種硅（Si）基功率器件，單極型器件以金屬氧化物半導體場效應管（Metal Oxide Semiconductor,MOS）為代表，雙極型器件包括二極管、功率晶體管和晶閘管等，復合型器件包括絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）等。圍繞功率轉換，功率半導體器件結構和工藝以提高功率容量、增大功率密度、降低功率損耗和提升能源轉換效率為主要的技術發展方向 [1-2] 。
功率半導體器件的發展不斷推動著能源技術和軌道牽引傳動技術的發展。1957 年晶閘管的發明使得牽引傳動技術進入電力電子技術時代 [1]，晶閘管的誕生促進了交直傳動技術的進步與發展。1965 年第 1 臺晶閘管整流機車問世，同時全球也興起了單相工頻交流電網電氣化的高潮。20 世紀 70 年代初，大功率晶閘管特別是門極可關斷晶閘管（Gate Turn-off Thyristor, GTO）的出現和微機控制技術的發展，推動了交流傳動技術逐步取代交直傳動技術。20 世紀 90 年代中期，隨著高壓 IGBT 技術的成熟，交流傳動功率開關器件被 IGBT 所取代，在高速、重載和城市軌道交通等領域獲得廣泛應用。
展開 一文了解大功率半導體技術歷史進程與現狀
此外，以氮化鋁（AlN）、氧化鎵（Ga
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）和金剛石為代表的禁帶寬度超過 4 eV 的超寬禁帶半導體材料也受到了人們的關注。但由于這類超寬禁帶半導體的生產工藝復雜和成本過高，限制了其市場規模，目前主要用于超高壓器件和高敏傳感器等特殊應用領域。
伴隨著全球半導體產業的技術革命與進步，大功率半導體器件發展 60 多年，圍繞器件的功率容量、工作頻率和轉換效率經歷了 3 次大的技術跨越：① 從半控型晶閘管到全控型 GTO，促進了傳動技術從直流傳動向交流傳動的進步。② 從電流驅動 GTO 到電壓驅動IGBT，實現了數字控制，應用更簡單和智能。③ 從硅基 IGBT 到寬禁帶器件，系統更加緊湊和輕量化、損耗更低、開關速度更快。
02
國內大功率半導體器件技術研究與應用
國內大功率半導體器件開發始于 20 世紀 60 年代初，從硅整流二極管和晶閘管起步，經過近 60 年的發展，已經具備大功率晶閘管、IGCT、IGBT 和寬禁帶器件的設計、開發與制造能力，滿足了工業、能源和交通等各個領域的應用需求。功率半導體器件伴隨我國鐵道電氣化事業的發展而成長壯大，見證了我國高壓直流輸電技術的發展，可支撐“雙碳”愿景下交通與能源領域的應用需求。
2.1 軌道交通牽引
中國鐵道電氣化的發展史也是國內功率半導體技術創新與產業進步史。
展開 
拆解報告 ：瑞森半導體功率器件在九陽Z2-Vmini 榨汁機上的應用
目前廣泛應用于無線充電、快充、馬達驅動、DC-DC變換器、高頻開關、同步整流等領域。
聚焦功率半導體產業︱APSME 2025 亞洲國際功率半導體、材料及裝備技術展將在廣州盛大召開
2025 亞洲國際功率半導體、材料及裝備技術展覽會，以“聚焦前沿技術突破，賦能產業創新融合”為主題。將于2025年11月20-22日在廣州保利世貿博覽館盛大召開！
APSME 2025 亞洲國際功率半導體、材料及裝備技術展覽會匯聚全球優質品牌廠商齊聚現場，打造功率半導體全產業鏈創新展示、一站式采購及技術交流平臺，集中展示半導體器件、功率模塊、材料、封裝技術、測試技術、生產設備、散熱管理等熱門產品，致力于先進半導體器件、封裝測試、工藝流程、創新應用及產業鏈間的合作，為上游及材料設備搭建交流協作的橋梁。展會期間還將舉辦一系列技術論壇，展示全球產業動態及未來技術趨勢。
展開 功率半導體對汽車到底有多重要？
受益于政策支持及銷售補助，預計全球及中國新能源電動車銷量的復合年增長率將達到32%，這將帶動相關半導體，電子產業鏈的快速發展，汽車作為拉動半導體產業發展的三駕馬車之一絕非虛言（5G、物聯網和汽車電子被認為是下一波帶動半導體產業發展的三大引擎）。
功率半導體需求增加
汽車中用量最多的半導體器件主要是三大類：傳感器，MCU和功率半導體。
這三類中，MCU的市場份額最大，其次是功率半導體，功率半導體主要運用在動力控制系統、照明系統、燃油噴射、底盤安全等系統當中。
新能源汽車新增半導體用量中大部分是功率半導體。在傳統汽車中，功率半導體主要應用在啟動與發電、安全等領域，占傳統汽車半導體總量的20%，單車價值約為60美元。
由于新能源汽車普遍采用高壓電路，當電池輸出高電壓時，需要頻繁進行電壓變換，這時電壓轉換電路（DC-DC）用量大幅提升，此外，還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等，這些對IGBT、MOSFET、 二極管等半導體器件的需求量也有大幅增加。以上這些極大帶動了汽車電子系統對功率器件需求的增加。
根據麥肯錫的統計，純電動汽車的半導體成本為704美元，比傳統汽車的350美元增加了1倍，其中功率器件成本高達387美元，占55%。純電動汽車相比傳統汽車新增的半導體成本中，功率器件成本約為269 美元，占新增成本的76%。
展開 東部高科進軍功率半導體：押注SiC和GaN
Yole 表示，電動車與 HEV 混合動力車會是現行推升 SiC 功率元件大幅成長最有力的殺手級應用。
來源：內容來自半導體行業觀察（ID：icbank）綜合
