1、 中国电子技术标准化研究院 版权声明 本白皮书版权属于中国电子技术标准化研究院，并受法律保护。 转载、 摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或观点的， 请注明： “来 源：中国电子技术标准化研究院”。违反上述声明者，本院将追求其 相关法律责任。 中国电子技术标准化研究院 I 目录 1前言.1 2功率半导体分立器件概述.3 2.1功率半导体分立器件的概念.3 2.2功率半导体分立器件的分类.4 2.3功率半导体分立器件的应用.7 2.4功率半导体分立器件关键工艺.8 2.4.1外延工艺技术.8 2.4.2光刻工艺技术.9 2.4.3刻蚀工艺技术.9 2.4.4离子注入工艺技术.9 2.4.5扩散工

2、艺技术.10 2.5功率半导体分立器件.10 2.5.1功率二极管.10 2.5.2晶闸管.11 2.5.3晶体管.11 2.5.4功率半导体分立器件模块.14 2.5.5宽禁带功率半导体器件.14 3功率半导体分立器件发展现状及发展趋势.17 3.1功率半导体分立器件发展现状.17 3.1.1全球产业发展现状.17 3.1.2国内产业发展现状.19 中国电子技术标准化研究院 II 3.2我国功率半导体分立器件发展趋势.25 3.2.1下游需求旺盛为功率半导体分立器件带来新机遇.25 3.2.2高端产品进口替代空间广阔.27 3.2.3宽禁带功率分立器件是行业持续发展的重要保障.30 4功率半

3、导体分立器件标准化现状.35 4.1国外标准化现状.35 4.2国内标准化现状.48 4.2.1国内民用标准现状.48 4.2.2国内军用标准现状.48 5功率半导体分立器件标准体系.50 5.1标准体系的构建原则.50 5.2我国功率半导体分立器件标准体系.51 5.2.1基础标准.53 5.2.2产品标准.57 6功率半导体分立器件标准化发展目标及建议.66 6.1发展目标.66 6.2发展建议.67 6.2.1完善标准体系，填补空白领域.67 6.2.2着重发展新材料领域标准化研究.67 6.2.3功率模块应用激增，带来标准研究新问题. 70 6.2.4针对不同领域的应用环境与要求制定相

4、关标准.71 6.2.5鼓励发展高质量的团体标准.73 中国电子技术标准化研究院 III 6.2.5标准体系后续构建应注重军标与民标的协调.73 附录 1功率半导体分立器件 IEC 标准转化情况.75 附录 2功率半导体分立器件现行民用标准清单.82 中国电子技术标准化研究院 1 1前言 功率半导体器件是目前世界上发展最为迅速和竞争最为激烈的 产业之一，功率半导体器件属于电子行业产业链中的通用基础产品， 作为电子系统中的最基本单元，在汽车电子、消费电子、网络通信、 电子设备、航空航天、武器装备、仪器仪表、工业自动化、医疗电子 等行业都起着至关重要的作用，在实施中国制造 2025规划中具 有重大

5、意义。 就像中央处理器(CPU)是一台计算机的心脏一样，功率半导体分 立器件是现代功率半导体装置的心脏， 虽然价值通常不会超过整台装 置总价值的 1030%，但它对装置的总价值、尺寸、重量和技术性能 起着十分重要的作用。没有领先的器件，就没有领先的设备，功率半 导体分立器件对功率半导体技术领域的发展起着决定性的作用。 本白皮书以新时代标准化工作总体思路为指导， 主要阐述功率半 导体分立器件的基本概况、 行业发展现状与趋势， 国内外标准化现状， 梳理功率半导体分立器件标准体系中已发布、制定中、待制定标准， 重点分析我国功率半导体分立器件标准化体系， 对标准化需求和实施 路径进行研究，提出潜在的标

6、准化工作方向和标准化建设建议，为更 好地引导功率半导体分立器件产业健康良好、可持续发展提供参考， 支撑制造强国战略实施。 本白皮书编写专家来自功率半导体器件产业链上下游各个环节 相关企事业单位，并面向全行业进行了广泛的征求意见。但由于编者 中国电子技术标准化研究院 2 水平有限，疏漏和不足之处，欢迎读者批评指正，编制组将根据技术 发展和行业意见进行持续修订完善。 中国电子技术标准化研究院 3 2功率半导体分立器件概述 2.1功率半导体分立器件的概念2.1功率半导体分立器件的概念 功率半导体器件（Power Electronic Device）又称为电力电子 器件和功率电子器件，是指可直接用于处

7、理电能的主电路中，实现电 能的变换或控制的电子器件，其作用主要分为功率转换、功率放大、 功率开关、线路保护和整流等。功率半导体大致可分为功率半导体分 立器件（Power Discrete）(包括功率模块)和功率半导体集成电路 （Power IC）两大类，在半导体产业中的结构关系如图 1 所示。其中， 功率半导体分立器件是指被规定完成某种基本功能， 并且本身在功能 上不能再细分的半导体器件。 图 1半导体产业结构关系 1957 年美国通用电气公司(GE)研制出世界上第一只工业用普通 晶闸管(Thyristor)，标志了功率半导体分立器件的诞生。功率半导 体分立器件的发展经历了以晶闸管为核心的第一

8、阶段、以 MOSFET 和 IGBT 为代表的第二阶段，现在正在进入以宽禁带半导体器件为核心 中国电子技术标准化研究院 4 的新发展阶段。 功率半导体分立器件作为介于电子整机行业以及上游原材料行 业之间的中间产品，是电子与信息行业的基础及核心，半导体功率器 件全产业链结构如图 2 所示。 图 2半导体功率器件全产业链结构 2.2功率半导体分立器件的分类2.2功率半导体分立器件的分类 2.2.1器件结构 按照器件结构，现有的功率半导体分立器件可分二极管、功率晶 体管、晶闸管等，其中功率晶体管分为双极性结型晶体管（BJT）、 结型场效应晶体管（JFET）、金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）和

9、中国电子技术标准化研究院 5 绝缘栅双极晶体管（IGBT）等。 2.2.2功率处理能力 按照功率处理能力， 现有的功率半导体分立器件可分为低压小功 率半导体分立器件、中功率半导体分立器件、大功率半导体分立器件 和高压特大功率半导体分立器件。 2.2.3驱动性质 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质， 现有的 功率半导体分立器件（除功率二极管外）可分为电流驱动型与电压驱 动型。 电流驱动型： 通过从控制端注入或抽出电流实现其关断的功率半 导体分立器件。 电压驱动型： 通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号实 现导通或关断的功率半导体器件。 2.2.4控制程度 按照控制电路信号对器

10、件的控制程度， 现有的功率半导体分立器 件可分为不可控型、半控型和全控型。 不可控器件： 不能通过控制信号来控制其通断的功率半导体分立 器件，代表器件为功率二极管； 半控器件： 通过控制信号能够控制其导通而不能控制其关断的功 率半导体分立器件，代表器件为晶闸管及其大部分派生器件； 全控器件：通过控制信号既能够控制其导通，又能够控制其关断 的功率半导体分立器件，代表器件有绝缘栅双极晶体管、功率场效应 晶体管、门极可关断晶闸管等； 中国电子技术标准化研究院 6 2.2.5导电情况 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况， 现有的功 率半导体分立器件可分为单极型器件、双极型器件和复合型器件。

11、 单极型器件：有一种载流子（电子或空穴）参与导电的功率半导 体分立器件； 双极型器件： 由电子和空穴两种载流子参与导电的功率半导体分 立器件； 复合型器件： 由单极型器件和双极型器件集成混合而成的功率半 导体分立器件； 2.2.6衬底材料 按照功率半导体器件衬底材料的不同， 现有的功率半导体分立器 件的材料可分为三代： 第一代半导体材料主要是以锗（早期产品，现已不常见）和硅为 代表。20 世界 50 年代，锗在半导体中占主导地位，主要应用于低压、 低频、中功率晶体管，但锗材料的耐高温和抗辐射能力较差，60 年 代后逐渐被硅材料所取代。用硅材料制造的半导体器件，耐高温和抗 辐射性能较好。由于硅材

12、料储量丰富，提纯与结晶方便，二氧化硅薄 膜的纯度高，绝缘性能好，器件的稳定性与可靠性大为提高。硅材料 是目前应用最多的一种半导体材料。 第二代半导体材料主要是以砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）为 代表的化合物半导体材料，适用于制造高频、高速、大功率半导体器 件。 第三代半导体材料主要是以即碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为 中国电子技术标准化研究院 7 代表的宽禁带半导体材料。与第一代、第二代材料相比，第三代半导 体材料具有更宽的禁带宽度以及更高的击穿电场、 热导率和电子饱和 速率及更好的抗辐照能力，适合制作高温、高频、抗辐射及大功率半 导体器件。 2.3功率半导体分立器件的应用2.3功

13、率半导体分立器件的应用 功率半导体分立器件的应用十分广泛， 几乎覆盖了所有的电子制 造业， 传统应用领域包括消费电子、 网络通信、 工业电机等， 近年来， 新能源汽车及充电系统、轨道交通、智能电网、新能源发电、航空航 天及武器装备等也逐渐成为了功率半导体分立器件的新兴应用领域。 一、消费电子：功率半导体分立器件主要应用于各种电子装置的 电源及充电系统、功率半导体照明电源、家用电器变频器等方面。 二、工业电机：工业中需大量应用交直流电机，为其供电的可控 整流电源或直流斩波电源、 电机的变频驱动系统的核心器件均是功率 半导体分立器件。 三、汽车电子及充电系统：除传统汽车在电源、照明等系统中需 大量

14、运用功率半导体器件外，新能源汽车新增了充电桩（器）、变流 器、逆变器等应用需求，且新能源汽车电子化程度更高，其产品的特 性要求以及汽车的可靠性要求， 使得新能源汽车功率半导体分立器件 的用量与价值有大幅的增加。 四、轨道交通：各种轨道交通运输工具均离不开功率半导体分立 器件， 直流机车中的整流装置， 交流机车中的变频装置， 高铁、 动车、 磁悬浮列车等轨道交通的直流斩波器，新能源汽车的电力变换系统、 驱动控制系统与电池充电系统，以及各种车辆、飞机、船舶中的电源 中国电子技术标准化研究院 8 系统，都以功率半导体分立器件作为核心器件。 五、 智能电网： 智能电网电力传输中的直流输电、 柔性交流输

15、电、 无功补偿技术、 谐波抑制技术以及防止电网瞬时停电、 瞬时电压跌落、 闪变等提高供电质量的技术均需要应用功率半导体期间得以实现。 六、新能源发电：功率半导体分立器件在新能源发电和分布式发 电上主要应用于光伏逆变、风力发电、太阳能发电、地热能发电、生 物能和燃料电池发电系统中的逆变器、变流器等装置中。 七、航空航天：第三代半导体器件具有超强的抗辐照能力，在航 空航天方面有着绝对的应用优势。 八、武器装备：功率半导体分立器件主要应用于电磁打火装置， 远程导弹、雷达、电磁弹射系统的电源系统中。 2.4功率半导体分立器件关键工艺2.4功率半导体分立器件关键工艺 功率半导体分立器件的主要工艺流程包括

16、： 在硅圆片上加工芯片 (主要流程为薄膜制造、曝光和刻蚀)，进行芯片封装，对加工完毕的 芯片进行技术性能指标测试，其中主要生产工艺有外延工艺、光刻工 艺、刻蚀工艺、离子注入工艺和扩散工艺等。 2.4.1外延工艺技术2.4.1外延工艺技术 对于 Si 功率半导体器件，外延工艺是根据不同硅源（SiH2CL2、 SiHCL3、SiCL4），在 1100-1180温度下在硅片表面再长一层或多层 本征（不掺杂）、N 型（掺 PH3）或 P 型（掺 B2H6）的单晶硅，并且， 要将硅层的厚度和电阻率、厚度和电阻率的均匀性、表面的缺陷控制 在允许范围内。通过外延工艺可生长出纯度更高、质量更好、与衬底 有相同

17、晶向的单晶硅。 中国电子技术标准化研究院 9 对于 SiC 功率半导体器件，生长出低缺陷密度的单晶十分困难， 因 SiC 衬底晶体生长需在 2300的温度下进行， 需在 H2保护气氛下， 用 SiH4和 CH4或 C3H8作为反应气体，其生长速率一般每小时只有几微 米，且仍存在 SiC 衬底中的晶体缺陷扩展到外延层的问题，因而 SiC 晶片成本特别是高质量大面积的 SiC 晶片成本远高于 Si 晶片。 2.4.2光刻工艺技术2.4.2光刻工艺技术 光刻工艺是半导体工艺技术中最关键的技术之一， 也是反映半导 体工艺技术水平的重要指标。光刻工艺是将掩膜（光刻板）图形转移 到衬底表面的光刻胶上形成产

18、品所需要图形的工艺技术， 光刻机的精 度一般是指光刻时所得到的光刻图形的最小尺寸。分辨率越高,就能 得到越细的线条，集成度也越高。 2.4.3刻蚀工艺技术2.4.3刻蚀工艺技术 刻蚀是用物理或化学的方法有选择地从硅片表面去除不需要的 材料的过程，刻蚀的基本作用是准确地复制掩膜图形，以保证生产线 中各种工艺正常进行。 湿法刻蚀是通过合适的化学溶液与所欲蚀刻的 材质进行化学反应，然后转成可溶于此溶液的化合物，而达到去除的 目的； 干法刻蚀是利用等离子原理有选择地从硅片表面去除不需要的 材料的过程。 而等离子增强反应离子刻蚀、 电子回旋共振刻蚀 （ECR） 、 感应耦合等离子体刻蚀（ICP）等其他先

19、进蚀刻技术能够满足细线条 产品的需求，特别是高端功率半导体器件的 Trench 蚀刻工艺，既能 满足 Trench 线宽要求，又能使其沟槽垂直度达到 95%以上。 2.4.4离子注入工艺技术2.4.4离子注入工艺技术 离子注入是通过高技术设备将器件需要的掺杂元素注入到硅片 中国电子技术标准化研究院 10 中。其基本工艺原理是:利用离子源产生的等离子体，在低压下把气 态分子借电子的碰撞而离化成离子，经过引出离子电极（吸极）、质 量分析器、加速管、扫描系统、工艺腔体等工艺设备将掺杂元素注入 到硅片中。离子注入工艺的技术水平主要体现在束流和能量两个方 面，高性能的离子注入束流可以小到 100 微安以

20、下，大到几十毫安以 上；能量小到 40KeV 以下，大到 400KeV 以上。 2.4.5扩散工艺技术2.4.5扩散工艺技术 半导体掺杂工艺的主要目的在于控制半导体中特定区域内杂质 的类型、浓度、深度和 PN 结。扩散技术是实现这一目的的简单而方 便的途径， 先进的扩散工艺技术水平可以将炉内薄膜均匀性控制在小 于 3%的水平。扩散、氧化、光刻工艺的结合，产生半导体的平面工 艺。扩散工艺虽然在 Si 器件中应用广泛，但在 SiC 功率半导体器件 中能用作掺杂物的所有元素即使在很高的温度下扩散系数仍很低， 因 此扩散工艺不适用于 SiC 功率半导体器件，通常采用离子注入技术。 2.5功率半导体分立

21、器件 2.5.1功率二极管 2.5功率半导体分立器件 2.5.1功率二极管 2.5.1.1PIN 二极管 大多数功率二极管主要是依靠 PN 结的单向导电原理工作的，具 有极低的通态电阻，称为 PIN 二极管。从应用的角度，PIN 二极管可 以分成整流二极管与快恢复二极管。 一、整流二极管 整流二极管利用 PN 节的单向导电性， 把交流电变成脉冲直流电， 主要应用于各种低频整流电路中。 中国电子技术标准化研究院 11 二、快恢复二极管 快恢复二极管是一种开关频率快， 反向恢复时间短的半导体二极 管，主要应用于开关电源、PWM 脉宽调制器、变频器中。 2.5.1.2肖特基二极管 肖特基二极管是单极

22、器件，利用金属与半导体接触形成的金属- 半导体结作为肖特基势垒，以产生整流的效果，在中、高等功率领域 中应用广泛，其主要用途如下： 一、续流二极管：作为 MOSFET 或 IGBT 的续流二极管使用，其优 点是结电压低，并且无储存电荷。在关断时，从导通到阻断状态，只 需要考虑结电容的容性再充电。 二、宽禁带二极管：宽禁带半导体材料由于临界电场较高，会带 来较高的阻断电压，在双极型器件中将导致结电压增大，由于肖特基 二极管是单极型器件，将不存在结电压增大的问题。 2.5.2晶闸管2.5.2晶闸管 晶闸管通常称为可控硅，是一种半控整流器件，体积小、无加热 灯丝、寿命长、可靠性高、价格便宜，多应用在

23、电机驱动控制、高压 直流输电（HVDC）、动态无功功率补偿、超大电流电解等场合。可控 硅除了单向普通可控硅外,还派生出了许多其他类可控硅元件,如快 速可控硅、光控可控硅、逆导可控硅、双向可控硅、非对称可控硅、 门极可关断可控硅等多个品种。 2.5.3晶体管2.5.3晶体管 晶体管是能够提供电功率放大并具有三个或更多电极的一种半 导体器件。 中国电子技术标准化研究院 12 晶体管按照主要用途可以分为两大类：开关管和放大管。开关管 工作在截止区和饱和区，多用于数字电路，实现逻辑功能；放大管一 般工作在线性区附近，应用于模拟电路，实现信号或功率放大。根据 主要工艺，可以把晶体管分为双极晶体管和场效应

24、晶体管。双极晶体 管属于流控器件， 响应速度快， 驱动能力强； 场效应管属于压控器件， 输入阻抗高，功率消耗相对较低。 2.5.3.1双极晶体管 双极晶体管是至少具有两个结， 其功能依赖于多数载流子和少数 载流子的一种晶体管。双极晶体管是半导体基本元器件之一，具有电 流放大作用，是电子电路的核心元件。双极晶体管是在一块半导体基 片上制作两个相距很近的PN结， 两个PN结把整块半导体分成三部分， 中间部分是基区，两侧分别是发射区和集电区，排列方式有 PNP 和 NPN 两种，从三个区引出相应的电极，分别称为基极 b、发射极 e 和 集电极 c。发射区和基区之间的 PN 结叫发射结，集电区和基区之

25、间 的 PN 结叫集电结。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP 型 双极晶体管发射区发射的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故 发射极箭头向里；NPN 型双极晶体管发射区发射的是自由电子，其 移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头指向也是 发射结在正向电压下的导通方向。 硅双极晶体管和锗双极晶体管都有 PNP 型和 NPN 型两种类型。 2.5.3.2场效应晶体管（FET） 场效应晶体管是其流过导电沟道的电流受施加在栅源引出端间 的电压产生的电场所控制的一种晶体管。 场效应晶体管主要可以分为 中国电子技术标准化研究院 13 结栅场效应晶体管(JFET),金属-半导体场效应晶

26、体管(MESFET)和金 属绝缘体半导体场效应晶体管（MISFET）。结栅场效应晶体管是 具有一个或多个与沟道形成 PN 结的栅区的一种场效应晶体管。 金属- 半导体场效应晶体管是有与沟道形成肖特基势垒的一个或多个栅极 的一种场效应晶体管。JFET 和 MESFET 具有完全相同的工作原理，所 不同的只是在 MESFET 中，用金属半导体势垒结代替了 JFET 中的 pn 结。金属绝缘体半导体场效应晶体管是具有一个或多个与沟 道电绝缘的栅极的一种场效应晶体管。在 MISFET 中以氧化物作为绝 缘层的 MOSFET 最为普遍和典型。 2.5.3.3结型栅场效应晶体管(JFET) 结型栅场效应晶

27、体管(JFET)根据导电沟道的不同可以分为两大 类：N 沟道 JFET 和 P 沟道 JFET。导电沟道的载流子是电子的称为 N 沟道 JFET；导电沟道的载流子是空穴的称为 P 沟道 JFET。在栅极和 源极间施加反向电压，通过改变 PN 结耗尽层的厚度来改变导电沟道 的宽度，实现控制源极到漏极间电流的变化。 2.5.3.4金属氧化物场效应管(MOSFET) 金 属 - 氧 化 物 - 半 导 体 型 场 效 应 管 ， 英 文 缩 写 为 MOSFET （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor），属于 绝缘栅型场效应管,其主要特点

28、是在金属栅极与沟道之间有一层二氧 化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻（最高可达 10 15 ）。它也分 N 沟道管和 P 沟道管。通常是将衬底（基板）与源极 S 接在一起。根 据导电方式的不同，MOSFET 又分增强型和耗尽型。所谓增强型是指： 当栅-源电压VGS=0 时管子是呈截止状态，加上正确的VGS后，多数载 中国电子技术标准化研究院 14 流子被吸引到栅极， 从而 “增强” 了该区域的载流子， 形成导电沟道。 耗尽型则是指，当VGS=0 时已经存在导电沟道，加上正确的VGS时，能 使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。 2.5.3.5绝缘栅双极型晶体管(IGBT)

29、 绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成 的功率半导体分立器件，它的控制极为绝缘栅场效应晶体管，输出极 为双极型功率晶体管，因而兼有两者速度和驱动能力的优点，克服了 两者的缺点。目前耐压达 5kV 甚至更高，电流达 1.2kA。 2.5.4功率半导体分立器件模块2.5.4功率半导体分立器件模块 半导体分立器件功率模块是由两个或两个以上半导体分立器件 芯片按一定电路连接并安装在陶瓷基覆铜板（DCB）上，用弹性硅凝 胶等保护材料密封在一个绝缘外壳内或采用塑料封装， 实现半导体分 立器件功能的模块。功率模块主要应用于高压大电流场合，如智能电 网、高铁/动车组等。 2.5.5

30、宽禁带功率半导体器件2.5.5宽禁带功率半导体器件 宽禁带功率半导体器件具有宽带隙、高饱和漂移速度、高临界击 穿电场等突出优点，是大功率、高温、高频、抗辐照应用场合下极为 理想的功率半导体器件。目前，功率半导体器件领域生产技术最成熟 的宽禁带半导体材料是 SiC 和 GaN。 2.5.5.1SiC 功率半导体器件 一、SiC 功率二极管 SiC功率二极管可显著降低由反向恢复作用导致的自身损耗以及 反并联可控功率半导体器件的开通损耗， 在开关频率较高的应用中具 中国电子技术标准化研究院 15 有明显优势。目前主要有 3 种 SiC 功率二极管产品：SiC 肖特基二极 管、SiC PiN 二极管和

31、 SiC 结势垒控制肖特基二极管，成熟度最高的 是 SiC 肖特基二极管， 因其是多数载流子为主要运动方式的半导体器 件，具有正向电压低，反向恢复时间短等明显优势，可应用于高速开 关和大功率系统等。 二、SiC JFET SiC JFET 利用 PN 结耗尽区控制沟道电流，可全面开发 SiC 的高 温性能，适合高温大功率开关装置，是研发起步较早且产业化发展较 成熟的 SiC 功率半导体器件。与 MOSFET、IGBT 等器件相比，单极性 JFET 具备良好的高频特性、高温稳定性及栅极可靠性，然而，栅极 PN 结工作方式使其无法兼容通用的门极驱动器，不能直接替代 Si MOSFET 及 IGBT

32、。 三、SiC MOSFET SiC MOSFET 可直接采用 Si MOSFET 的设计、制造经验及生产设 备，且驱动电路与 Si MOSFET、IGBT 均兼容，因此是产业化速度最快 的宽禁带功率半导体器件。SiC MOSFET 高温与常温下导通损耗与关 断损耗均很小， 驱动电路简单， 有利于电路节能和散热设备的小型化， 市场上量产的产品主要分平面 MOS 和沟槽 MOS 两类。 与硅 IGBT 相比， 既具有高频特性，又无拖尾电流，未来有可能替代 Si IGBT 成为主流 功率电子开关器件。 四、SiC IGBT 在 10kV 以上的高压及超高压领域中，SiC MOSFET 器件会面临通

33、 态电阻过高等问题，SiC IGBT 优势立显。但受 P 型衬底电阻率高、 中国电子技术标准化研究院 16 沟道迁移率低及栅氧化层可靠性问题限制，SiC IGBT 的研发工作起 步较晚，目前虽正逐步解决上述问题，但产品尚未实用化。 五、SiC 功率模块 SiC 功率模块可分为混合 SiC 功率模块和全 SiC 功率模块， 其中， 混合 SiC 功率模块用 SiC SBD 替换 Si FRD，可显著提高工作频率， 与同等额定电流的 Si IGBT 模块产品相比，开关损耗大幅度降低。全 SiC 模块采用了 SiC SBD 与 SiC MOSFET 一体化封装，解决了 Si IGBT 及 FRD 导

34、致的功率转换损耗较大问题， 在高频范围中推动了外围部件 小型化的发展。 2.5.5.2GaN 功率半导体器件 一、GaN HEMT 基于 GaN 半导体材料制作的高电子迁移率晶体管（HEMT）具有极 快的开关速度和优异的反省恢复性能，适用于低损耗、高效率的应用 场合，相比其他开关功率半导体器件，GaN HEMT 有更高的效率和开 关速度，更小的体积和更简化的设计，并且 GaN HEMT 可工作在 Ka 波 段以及 300的高温环境，能够覆盖 1-100GHz 的工作频率，在军用 雷达、智能武器和通信系统等方面有着重要的应用价值。 二、GaN 二极管 GaN功率二极管方面的研究主要针对中低压领域

35、， 包括两种类型： GaN 肖特基二极管和 PN 二极管。GaN 肖特基二极管主要有横向、垂直 和台面 3 种结构，每种结构对于二极管性能都各有利弊；GaN PN 二 极管具有很高的电流密度、 较高的雪崩击穿能量承受能力和非常小的 漏电流。 中国电子技术标准化研究院 17 3功率半导体分立器件发展现状及发展趋势 3.1功率半导体分立器件发展现状 3.1.1全球产业发展现状 3.1功率半导体分立器件发展现状 3.1.1全球产业发展现状 1999-2018 年的 20 年间，全球分立器件销售额呈现波动的趋势， 综合 Yole、 IHS、 Gartner 等多家分析机构数据后可知， 在这 20 年中

36、， 2002 年是全球分立器件行业的低点，包含功率模块及功率分立器件 在内的功率半导体器件销售额为 125.28 亿美元，2018 年分立器件销 售额达到 20 年来的高点，销售额为 230.91 亿美元，年复合增长率为 3.10%，其中，中国大陆功率半导体器件市场规模约为全球的 39%。 图 3 给出了近五年全球功率半导体分立器件销售额。 图 32014-2018 全球功率半导体器件销售额 从产业格局来看， 全球功率半导体分立器件中高端产品生产厂商 主要集中在欧美、日本和我国台湾地区。美国、日本和欧洲功率半导 体器件厂商大部分属于 IDM 厂商（集成的器件制造商，即一家企业包 含设计、工艺制

37、造、封装、测试等所有环节），而我国台湾的厂商则 中国电子技术标准化研究院 18 绝大多数属于 Fabless 厂商（即无生产线的设计公司，该企业只负责 设计，工艺制造、封装、测试等环节均采用委托外协加工的方式，但 最终产品产权及销售仍归属该企业），不同地区通过产业分工，形成 了各自的竞争优势。美国是功率半导体分立器件的发源地，在全球功 率半导体分立器件市场中占有重要的位置， 主要器件企业有德州仪器 （TI）、高通（QUALCOMM）和安森美（ONSEMI）等；欧洲也是全球功 率半导体分立器件产业的发达地区，主要企业有英飞凌（Inineon）、 意法半导体（ST）和恩智浦（NXP）等；从上世纪

38、90 年代开始，日本 成为国际上功率半导体分立器件产业的发达地区，主要企业有东芝、 富士和三菱等。全球功率半导体分立器厂商销售份额占比如图 4 所 示。 图 4全球功率半导体分立器厂商销售份额占比 从器件种类来看， 以硅基功率 MOSFET 和 IGBT 为代表的场控型器 件是国际功率半导体分立器件市场的主力军，其中 IGBT 器件的年平 均增长率超过 30%，远高于其它种类器件。在 SiC 和 GaN 功率半导体 分立器件领域，由于国际上出现商业化产品的时间较短，并受技术成 中国电子技术标准化研究院 19 熟度和成本的制约，该领域尚处于市场开拓的初期阶段，预计将在 2020 年进入市场爆发式

39、增长阶段。 3.1.2国内产业发展现状3.1.2国内产业发展现状 3.1.2.1国内市场分析 我国功率半导体分立器件产业虽起步较晚，但市场规模增长迅 速，从 2011 年的 1386 亿元增长到 2018 年的 2264 亿元，年均复合增 速为 6.33%。在市场竞争格局方面，我国由于长期受企业规模及技术 水平的制约， 在高端半导体分立器件领域尚未形成整体的规模效应与 集群效应， 目前国内功率半导体分立器件产业集中在加工制造和封测 部分，产品结构以中低端为主，高端产品需进口，国际厂商仍占据我 国高附加值分立器件市场的绝对优势地位，供需一直存在较大缺口。 从产品结构来看，由于电子系统的结构相对稳

40、定，因此市场产品 结构仍将保持稳定， 但随着分布式能源、 高铁、 电动汽车的快速发展， IGBT 等大功率高端产品增速较快， 2018-2020 我国各类功率半导体分 立器件市场规模结构及预测如图 5 所示。 图 52018-2020 中国功率半导体分立器件市场规模结构及预测 中国电子技术标准化研究院 20 3.1.2.2政策支持 由于功率半导体器件具有巨大的国内和国际市场， 且在产业结构 升级、节能减排等领域发挥着不可替代的重要作用，为了鼓励国内功 率半导体器件产业的发展，打破国外企业在此领域的垄断，增强科技 创新能力，推进节能降耗，建设资源节约型和环境友好型社会，近年 来，国家相关部门制订

41、了一系列政策以鼓励、支持、促进国内功率半 导体器件行业的发展，具体内容如表 1 所示。 表 1我国功率器件相关政策 序 号 时间 发布 机构 政策名称内容概要 1 2006 年 8 月 原信息 产业部 信息产 业科技发 展“十一 五”规划 和 2020 年中长期 规划纲 要 重点围绕计算机、网络和通信、数字化 家电、汽车电子、环保节能设备及改造传统 产业等的需求,发展相关的片式电子元器 件、机电元件、印制电路板、敏感元件和传 感器、 频率器件、 新型绿色电池、 光电线缆、 新型微特电机、 电声器件、 半导体功率器件、 电力电子器件和真空电子器件。 2 2007 年 3 月 原信息 产业部 信息

42、产 业科技发 展“十一 五”规划 和 2020 年中长期 规划纲 要 推动元器件产业结构升级。继续巩固我 国在传统元器件领域的优势,加强引进消化 吸收再创新和产业垂直整合,加快新型元器 件的研发和产业化。重点发展片式化、微型 化、集成化、高性能的新型元器件，鼓励环 保型电子元器件的发展。 3 2008 年 10 月 原信息 产业部 信息产 业“十一 五” 规划 推动元器件产业结构升级。继续巩固我 国在传统元器件领域的优势,加强引进消化 吸收再创新和产业垂直整合,加快新型元器 件的研发和产业化。重点发展片式化、微型 化、集成化、高性能的新型元器件，鼓励环 保型电子元器件的发展。 中国电子技术标准化研究院 21 序 号 时间 发布 机构 政策名称内容概