半(ban)導(dao)體(ti)設備(bei)市場在全球范圍內(nei)價(jia)值約合1.996萬億(yi)人民幣，在(zai)這里，我們看一下功率半導體在(zai)半導體設備中(zhong)的定(ding)位。
功率(lv)半導(dao)體(ti)是(shi)幕后英雄
很難想象功率半導體能代表我們(men)熟悉的(de)任(ren)何(he)一代產品，首先，它工(gong)作在(zai)并(bing)不顯眼的(de)地方，例如，它們(men)被用于(yu)火(huo)車和(he)電動車的(de)電力轉換，也就是我們(men)所(suo)說的(de)“幕后英雄”。最近(jin)，它們也出現(xian)在(zai)家用電(dian)(dian)器(qi)上，比如電(dian)(dian)磁爐中(zhong)。
半(ban)導體可以在元件層面進行分類(lei)，如下(xia)圖所示。其中，半(ban)導體設備屬于(yu)有源元件(active element)，有源元(yuan)件(jian)可用來轉換供應電(dian)源、信(xin)號等(deng)。其中，藍色部分是功率(lv)半(ban)導體(ti)。
功(gong)率(lv)半導(dao)體被認為占(zhan)到了半導(dao)體市場的10％左右(you)。功率半導體(ti)在(zai)21世紀能源網絡中的作用(yong)很重要(yao)，有(you)可能成為橫跨許多領域的技術。
半導(dao)體中的功率半導(dao)體
下(xia)圖顯示了根據(ju)集成或單一功能的半(ban)(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件的分類(lei)，在這種分類(lei)中，功率(lv)半(ban)(ban)導(dao)體(ti)屬于(yu)分立半(ban)(ban)導(dao)體(ti)(單(dan)功能半導(dao)體) 器件，這意味著它們被用于(yu)單(dan)一功(gong)能，而(er)不是(shi)像LSI（大(da)規(gui)模(mo)集成(cheng)電(dian)路）那樣通過(guo)組合(he)各種半導(dao)體(ti)器件(jian)來實現復雜功(gong)(gong)能(neng)或大(da)容量存(cun)儲。因此，可以說它是一個(ge)單功(gong)(gong)能(neng)的(de)半導(dao)體(ti)器件(jian)。除了(le)功(gong)(gong)率(lv)半導(dao)體(ti)，上述的(de)CCD和圖像傳感器也是(shi)將圖像信(xin)號(hao)轉換成電(dian)信(xin)號(hao)的設備。
半(ban)導體器件五(wu)花八門(men)，功(gong)率半(ban)導體在其中(zhong)又(you)如何(he)定位呢? 舉(ju)例來說，先進的MOS LSI被用來(lai)處理信息；而功率(lv)半導體(ti)則是處理電(dian)。說(shuo)到電(dian)，我(wo)們的(de)生(sheng)活(huo)就(jiu)不(bu)可能正常(chang)。如(ru)果(guo)讀者經歷過(guo)因地震或(huo)降雪造成的(de)長(chang)時間停電(dian)，就(jiu)會知道電(dian)是(shi)多么重(zhong)要(yao)。如(ru)今它(ta)就(jiu)像空氣(qi)和(he)水一樣支撐著我(wo)們的(de)日常(chang)生(sheng)活(huo)，如(ru)下圖(tu)所示(shi)，功率半導體在這里被理解為“通過(guo)電(dian)來(lai)轉換(huan)功率的(de)設備”。
換句話(hua)說，功(gong)率(lv)半(ban)導體是用于(yu)轉(zhuan)換功(gong)率(lv)的半(ban)導體器件。這里的功(gong)率(lv)＝電力，只看“電(dian)(dian)力(li)轉換” 這個詞，可(ke)能也(ye)很難聯(lian)想(xiang)出它的(de)意思。功率是(shi)由電(dian)(dian)流和電(dian)(dian)壓決定的(de)，而電(dian)(dian)流有兩種類型: 交(jiao)流(liu)(liu)電和直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)電。換(huan)句話說，“電力轉(zhuan)換(huan)” 一詞包括(kuo)從(cong)大電流(liu)(liu)到(dao)小電流(liu)(liu)、從(cong)高電壓到(dao)低電壓、從(cong)交(jiao)流(liu)(liu)到(dao)直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)等廣泛(fan)的(de)轉(zhuan)換(huan)。同樣重(zhong)要的(de)是，功(gong)率的(de)轉(zhuan)換(huan)是由電控制進(jin)行的(de)，相比之下，采(cai)用(yong)(yong)機(ji)械制動(dong)且長時間使用(yong)(yong)后，不可避免地容易出現器件老化的(de)現象， 這就是使用(yong)(yong)功(gong)率半導體(ti)的(de)優勢。因此，LSI等邏輯(ji)電路(lu)也可(ke)以被(bei)描述為信號(hao)轉換(huan)。
功率半導體的回歸
功率(lv)半導體由于其更高(gao)的(de)效率(lv)、更低的(de)成本和(he)(he)更高(gao)的(de)性能，從能源供應方(fang)(fang)(fang)和(he)(he)能源需求方(fang)(fang)(fang)來說都是一個(ge)很有前景的(de)領域。換句(ju)話說，它(ta)(ta)們可以(yi)被看作是來自上游和(he)(he)下游的(de)期望中的(de)設備。另一方(fang)(fang)(fang)面(mian)，它(ta)(ta)有廣(guang)泛(fan)的(de)應用，有可能成為(wei)一個(ge)跨行業(ye)的(de)技術。
此外(wai)，其技術(shu)挑(tiao)戰涵蓋了從(cong)基底材料到(dao)器件(jian)結(jie)構的(de)廣泛范圍。從(cong)審視日本半導體(ti)產業的(de)角度來看，它是一(yi)個合適的(de)領域(yu)。日本的(de)半導體(ti)行業曾經擁有世(shi)界上最大的(de)份額，占全(quan)球市場的(de)一(yi)半，但現在它只占全(quan)球市場的(de)不到(dao)20%，有人(ren)認(ren)為日本的(de)半(ban)導體(ti)已經沒有生命力(li)了(le)。
然而， 另一方(fang)面(mian)，日本(ben)在(zai)功率(lv)半導(dao)體(ti)(ti)領域表現良好(hao)，功率(lv)半導(dao)體(ti)(ti)方(fang)面(mian)從基(ji)底材(cai)料的開發到應用產品，擁有大量的專有技術(shu)。下圖(tu)所示的“縱向一(yi)(yi)體化(hua)”模型也可以說是日本擅長(chang)的(de)領域(yu)。如果考慮建(jian)立一(yi)(yi)個無廠的(de)功(gong)率半導體制(zhi)造商，沒準(zhun)日本的(de)半導體制(zhi)造商有(you)辦法(fa)能在(zai)這個領域(yu)繼續生(sheng)存。
在這種(zhong)情況下，構(gou)建(jian)一(yi)個功率(lv)半導體可(ke)以發揮積(ji)極(ji)作用的應用市場越(yue)來越(yue)重要。
在LSI領域，只關(guan)注小(xiao)型(xing)化的(de)計劃被迫轉向(xiang)，從2006年左右開始，除小型化以外(wai)的(de)其他領域開始出現在(zai)藍圖上(shang)，這些領域曾被歸入(ru)“More than Moore”一詞之下。此外，電(dian)力設備也被(bei)列(lie)為候(hou)選(xuan)對象。許多(duo)半(ban)導體(ti)制造(zao)商由于無(wu)法跟(gen)上(shang)微型(xing)化的(de)(de)(de)步伐，國(guo)際半(ban)導體(ti)技術發展路線圖的(de)(de)(de)活動已經停止(zhi)了。在這種(zhong)情況下，筆者認為功率(lv)半(ban)導體(ti)的(de)(de)(de)未來發展正在引起人們的(de)(de)(de)關注。
消(xiao)息(xi)來源：工控有的聊
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