1958年美國通用電氣（GE）公司研發(fā)出世界上第一個工業(yè)用普通晶閘管，標志著電力電子技術(shù)的誕生。從此半導體功率器件的研制及應用得到了飛速發(fā)展。
半導體功率器件根據(jù)功能分，可以分為三類：不可控、半控型、全控型。
不可控功率器件
功率整流二極管是以半導體PN結(jié)為基礎的,實際上是由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。
快恢復二極管采用外延型PiN結(jié)構(gòu)，其反向恢復時間短（可低于50ns），正向壓降也很低（0.9V左右）。
肖特基二極管是用金屬（Ti、Ni等）代替了PN結(jié)中的P型半導體，為多子器件，具有更低的正向壓降和更好的開關特性，反向恢復時間很短（10~40ns），有利于控制開關損耗，但耐壓較低一般低于200V，且反向漏電較大對溫度敏感。
符號及電性特征
半控型功率器件
晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又稱可控硅整流器，以前簡稱為可控硅；1957年美國通用電氣公司開發(fā)出世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導體結(jié)構(gòu)，它有三個極：陽極，陰極和控制極；晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。
符號、結(jié)構(gòu)及工作原理
晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于反向阻斷狀態(tài)。
晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通。這時晶閘管處于正向?qū)顟B(tài)，這就是晶閘管的閘流特性，即可控特性。
晶閘管在導通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導通，即晶閘管導通后，門極失去作用。門極只起觸發(fā)作用。
晶閘管在導通情況下，當主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關斷?；蚣右环聪螂妷?，并保持一段時間使其強迫關斷。
全控型器件
a).功率晶體管(GTR,巨型晶體管)、雙極結(jié)型晶體管(BJT)
i. 功率晶體管(Giant Transistor--GTR,巨型晶體管)、雙極結(jié)型晶體管(BipolarJunction Transistor--BJT)，這兩類三極管在半導體功率器件是等效的，在20世紀80年代，在中、小功率范圍內(nèi)取代了晶閘管，但隨著MOSFET、IGBT的發(fā)展，逐漸被替代。
ii. 一種電流控制的雙極雙結(jié)大功率、高反壓電力電子器件，具有自關斷能力,產(chǎn)生于上個世紀70年代，其額定值已達1800V/800A/2kHz、1400v/600A/5kHz、600V/3A/100kHz。它既具備晶體管飽和壓降低、開關時間短和安全工作區(qū)寬等固有特性，又增大了功率容量，因此，由它所組成的電路靈活、成熟、開關損耗小、開關時間短，在電源、電機控制、通用逆變器等中等容量、中等頻率的電路中應用廣泛。GTR的缺點是驅(qū)動電流較大、耐浪涌電流能力差、易受二次擊穿而損壞。
iii. 和普通三極管一樣，他有三個極：發(fā)射極e （Emitter）、基極b (Base)和集電極c (Collector)。
iv. 結(jié)構(gòu)及工作原理
以圖中NPN型的三極管為例，當基極通入正電流Ib時，N P結(jié)正偏，基區(qū)就會流入大量的電子。同時，該基極電流Ib不僅使發(fā)射極電流增大，而且P基區(qū)的電子在阻斷的基極-集電極結(jié)方向上有很高的載流子濃度梯度，這些電子會擴散進入低摻雜的N-層。如果加一個電場，這些電子就會被電場加速流向集電極。即Ib的電流被放大。
b).門極可關斷晶閘管(GTO)
i.GTO（Gate-Turn-Off Thyristor）是門極可關斷晶閘管的簡稱，他是晶閘管的一個衍生器件。但可以通過門極施加負的脈沖電流使其關斷，他是全控型器件。
ii.GTO和普通晶閘管一樣，是PNPN四層半導體結(jié)構(gòu)，外部也是引出陽極．陰極和門極。但和普通晶閘管不同的是，GTO是一種多元的功率集成器件。雖然外部同樣引出三個極，但內(nèi)部包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的小GTO單元，這些GTO單元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)，他是為了實現(xiàn)門極控制關斷而設計的。
iii.具體結(jié)構(gòu)及工作原理見“晶閘管”章節(jié)。
c).功率場效應晶體管(MOSFET)
i.功率MOS場效應晶體管也分為結(jié)型和絕緣柵型，但通常主要指絕緣柵型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET），簡稱功率MOSFET（Power MOSFET）。結(jié)型功率場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管（Static Induction Transistor——SIT）。其特點是用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小，開關速度快，工作頻率高（最高可達到1MHz），熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR，但其電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。
ii.結(jié)構(gòu)及工作原理
截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)反偏，漏源極之間無電流流過。
導電：在柵源極間加正電壓Ugs，柵極是絕緣的，所以不會有柵極電流流過。但柵極的正電壓會將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的少子—電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面,當Ugs大于Uth（開啟電壓或閾值電壓）時，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，使P型半導體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)消失，漏極和源極導電。
d).絕緣柵雙極晶體管(IGBT)
i.MOSFET具有開關速度快，電壓控制的優(yōu)點，缺點是導通電壓降稍大，電流、電壓容量不大；雙極型晶體管卻與它的優(yōu)點、缺點互異。因而產(chǎn)生了使它們復合的思想；控制時有MOSFET管的特點，導通時具有雙極型晶體管特點，這就產(chǎn)生IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）管研制的動機，該管稱為絕緣柵雙極晶體管，但因為有晶體管的特性，他的工作頻率大大降低。
ii.N溝道VDMOSFET與GTR組合形成N溝道IGBT（N-IGBT）IGBT比VDMOSFET多一層P 注入?yún)^(qū)，形成了一個大面積的P N結(jié)。使IGBT導通時由P 注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對漂移區(qū)電導率進行調(diào)制，使得IGBT具有很強的通流能力。
iii.結(jié)構(gòu)、符號及工作原理。
IGBT的開通和關斷是由門極電壓來控制的。當門極加正電壓時，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為PNP晶體管提供基極電流，從而使IGBT導通。因此IMOS為IGBT總電流的主要部分。此時，空穴P 區(qū)注入到N-區(qū)，從而在N-區(qū)內(nèi)產(chǎn)生高濃度的電子，減小了N-區(qū)的電阻Rd值，使高耐壓的IGBT也具有低的通態(tài)壓降。
當門極加負電壓時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，IGBT即被關斷。由于注入到N-區(qū)的空穴是少子，存在少子存儲現(xiàn)象。N-區(qū)的少子需要時間復合消失，因此IGBT的開關速度比MOSFET慢。
通過本文的介紹，相信大家對半導體功率器件有個大概的了解了。最后匯總下半控型和全控型功率器件的特性，見下表。
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