电子科技大学：什么是功率半导体？

本文根据电子科技大学张波教授《功率半导体技术》公开课听写整理而成，对IGBT等器件、GaN等材料及BCD工艺进行了详细阐述。了解更多半导体及半导体封装相关内容，敬请关注本周六晚八点CEIA天空沙龙直播课，中美顶尖专家震撼开讲，不容错过！

大家好，下面由我来介绍节能减排的关键技术，功率半导体技术。本节课分为以下三个方面的内容，第一方面是功率半导体器件的定义，第二部分功率半导体的技术现状、发展趋势，第三部分是我们国家功率半导体的情况。

首先我们来看什么是功率半导体？功率半导体我们可以定义成进行功率管理的半导体器件。那么何为功率管理？包括功率的放大、电能的管理、电压的变化也就是升压和降压，电流的变化和频率的变化。功率半导体器件包括功率二极管、功率晶体管和功率集成电路。目前功率半导体的技术已经从分立器件、集成电路向系统应用在发展，PMU已经广泛应用到SOC里面，在我们可预见的将来，电能一直是人类消耗的最大能源。

无论是我们用的手机、电视机、洗衣机、冰箱，或者是你乘坐的高铁，都离不开电能。以冰箱为例，现在的冰箱最好的冰箱是变频冰箱，为什么是变频冰箱？因为压缩机的控制不是传统的0和1的开和关，而是根据温度的变化进行变速的调节，这样就可以使得温度的范围控制得更加精确，噪音变得很小，让人体感觉更加舒适。变频冰箱的核心就是变频电机，变频电机就是靠开关电源来进行驱动的。

那么我们开关电源的核心就是我们后面要讲到的我们的功率半导体器件IGBT，以列车来举例，我们都知道瓦特发明的是蒸汽机，通过烧煤、靠蒸汽来驱动火车的运行，现在是高铁，高速列车是电力机车，每一节高速列车车厢都要100个左右的IGBT模块来进行驱动。飞机原来是耗燃油，现在飞机的一个发展方向是多电飞机MEA。从船来讲，也是全电船也是舰船的发展方向。因此我们可以看到这些东西都是越来越依赖于功率半导体器件。

根据国际能源署的统计，在2009年到2030年间，全球电能的消耗量将翻倍，这样的增加不仅是在发达国家，并且也是在发展中国家。无论是水电、核电、热电、风电或者是我们手机用的化学电池，绝大部分电池不可能直接给用户使用，因为设备不可能直接用这种电能，75%以上的电能必须经过功率半导体进行变换以后，才能够给用户使用，才能够供设备使用。有人说，我手机用的电池不是直接可以用到我的手机里面吗？对吧，但是我们都知道，电池的电量是要发生变化的，对我们元器件的电压的变化来讲是要精确的，这边也必须要用到我们的功率管理的一个单元。

这样变化的一个目的、用功率半导体从粗电到精电变化的目的，就是高效、节能、环保和方便，这是我们整个功率半导体它的目的。

从功率半导体的发展历程来讲，传统的功率半导体主要包括功率二极管、功率晶体管、晶闸管这样三类器件。传统的功率半导体主要是工业应用这样一个领域。

从上世纪80年代，利用超大规模集成电路的工艺、功率MOSFET走入市场以来，整个功率半导体的器件走进现代功率半导体新的时代。现在功率MOS器件，绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成换流栅晶闸管IGCT以及功率IC得到了迅速的发展。

也正是由于现代功率半导体器件的发展，使得功率半导体的应用范围得到了迅速的扩大。从传统的工业应用向4C（Communication、Computer、Consumer和Car，就是我们讲通信、计算机、消费类电子和汽车电子4C等领域来进行扩展。并且目前功率半导体的热点和新的发展方向，包括新能源、光伏发电、风电、轨道交通，刚才我们讲的，高铁或者是重载的列车牵引等等，以及EV、HEV就是纯动力和混合动力汽车和智能电网，这些是我们现在功率半导体新的一个发展的热点。

如果把CPU、DSP和Memory存储器当成人的大脑来看的话，那么我们的功率半导体就相当于是人类的心脏和肌肉，它是给我们的系统提供电能和强大的驱动能力。

我们来看看功率半导体在整个半导体市场到底有多大的一个份额。根据国际权威数据的统计，在2011年整个功率半导体占据了310.8亿美元的市场，到2013年，达到了322亿美元，到2016年将达到387亿美元。我们知道全球半导体领域，在2013年大概是3000亿美元的市场份额，功率半导体在整个半导体的市场里面占据了大约11%的份额，肯定来讲集成电路是主流，相当于一个人来讲，像英国伟大的一个科学家霍金，他肌肉萎缩了，被禁锢在轮椅上不能动，他的大脑对人类的贡献使他仍然成为有史以来最伟大的科学家。

因此我们虽然讲我们功率半导体是非常非常重要的，但是并不是说它就是最重要的了，它一定是跟别的一个器件，包括集成电路、传感器等等来整个来构成仪器设备的整体。由于节能环保不断发展的要求，得到人类的重视。然后功率半导体的发展现在是越来越快。

据国际权威机构的统计，到2020年，全球功率半导体的市场份额将达到650亿美元。

下面来看第二部分，功率半导体技术的现状和发展趋势。首先我们来看功率半导体的分类，我们把功率半导体分成两类，一类是功率半导体的分立器件，一类是功率集成电路。功率集成电路里面根据功率半导体的定义，我们也把电源管理集成电路这是很大的一类，也在功率集成电路的范畴之内。

功率分立器件主要包括这样三部分，一个是功率整流器和功率二极管，一个是功率晶体管，还有一个是晶闸管。

这里是我们整个功率半导体的市场份额。从这个市场份额里面我们可以看到，晶闸管占据了功率半导体2%的市场份额，双极型晶体管占据了5%的市场份额，二极管占据了9%，IGBT占据了10%,单个最大的是功率MOS器件，占据了21%，另外还有半壁江山就是功率集成电路，占据了全球功率半导体53%的市场份额。

下面我们分别来看，第一个晶闸管，刚才我们讲到，虽然晶闸管只占据了我们全球功率半导体2%的市场份额，但是功率晶闸管是整个功率半导体器件中，电压最高、电流容量最大的器件，单个晶闸管击穿电压可以达到了12000V，单个器件的电流可以达到1万安。

晶闸管的发展历程是从半控、全控和低压控制的过程发展，最早的晶闸管我们通常称为叫可控硅，这种器件我们称为叫不可控器件，或者称为叫半控器件，栅信号只能控制它的开启，不能控制它的关断，因此我们称为叫半控或者叫不可控器件。这类器件主要用在交流上，通过强迫的换流来使器件关断，在80年代，从可控硅发展到GTO，GTO我们称为叫栅可关断的晶闸管，就是说栅可以关断它了。

通过栅电流的输入开启它，栅电流的抽出关断它，但这类器件仍然是电流控制器件。在集成电路中提供一个电压的level是非常容易的，但要提供一个大电流是很难的，理想的器件，我们希望是电场控制的器件，或者是压控器件。因此在上世纪90年代中后期，从欧洲开始就推出了一种,我们称为集成换流栅晶闸管IGCT,这种器件的典型代表是瑞典的ABB和日本的三菱公司。我们国家的株洲南车在这个领域里面也做了很多工作。

第二类是功率双极型晶体管，这类器件曾经是我们功率半导体器件的主流器件，从20世纪50年代开始，从锗管到硅管，一直到20世纪80年代得到了迅速发展。但20世纪80年代以后基本上就成熟了，因此它的市场份额不断被功率MOS器件和IGBT所取代，现在大概只占5%左右的市场份额。但是双极型晶体管由于它结构的特殊性，现在是在另一类叫SiC宽禁带半导体里得到了迅速发展，包括Fairchild、美国的JDsenk等，都推出了SiC双极型晶体管的器件。

第三类，就是在市场份额里面只占据了9%的二极管。二极管我们都知道，在高中物理学过，是非常简单的一类器件，但是这类器件是非常重要的，是功率电子学里面必不可少的器件。

传统市场上的功率二极管主要包括两类，一类称为功率PIN二极管，一类称为功率肖特基势垒二极管，这两类各有其优缺点。PIN二极管称为双极载流子器件，也就是说两种载流子，电子和空穴同时参与导电，这样的器件有高压大电流的特性，这是它的好处。但是高压大电流的特性是由它的双极载流子的输运特性获得的。

双极载流子输运特性是双刃剑，导通的时候可以使得器件的导通损耗迅速地降低，但关断的时候必须要把这些过剩的载流子抽走，就使得PIN二极管在高频工作中受到了限制，它有个反向恢复特性，限制了我们整个功率电子装置往高频发展。

另外一类是功率肖特基势垒二极管，这类器件是多数载流子器件，开关频率可以做得很高，但是多数载流子器件使得电压做不高，一般来讲都是200V以下，并且肖特基势垒结。

从半导体物理可以知道，它是种热电子发射器件，也就是说它的温度特性不行，它的击穿特性是软的，也限制了它在高压器件的应用和在一些需要低漏电的应用，为了满足整个功率电子系统向高频、向高效发展，从二极管来讲，主要从两个方面来进行变化，来进行发展。一种是采用新的机理、新的结构，还是利用传统硅的工艺来做，但是采用新的机理和新的结构。

另外一类则采用新的材料，因为我们都知道，一代材料、一代器件、一代系统，这样一种发展，新的机理和新的结构我们把它归纳成两类，都是一个根本点，要依赖于超大规模集成电路的工艺，通过借用超大规模集成电路工艺来改善二极管的特性。一类融合了PIN二极管和肖特基势垒二极管各自的优点，形成包括JBS、MPS、TMPS、TMBS、QSpeed等一系列新型的功率二极管。

举个例子，这是美国Vishay公司推出的TMBS结构，从阳极结构里面可以看到，它完全颠覆了传统PIN的概念，它有了图形，完全不是PIN二极管的P+向i区的大量的注入，通过图形进行控制。现在呢从45V到200V，Vishay已经推出了系列的产品。

另外一类，它是通过优化载流子的输入和抽出，优化PIN二极管载流子的浓度分布，传统的PIN二极管称为粗放型，阳极向漂移区的注入是不加控制的，这样就导致了 它的特性不是很优化。因此，通过优化载流子的注入跟抽出，来形成系列的结构，这样的结构被广泛用在了比如IGBT这样的束流里面。这类器件的典型代表包括，比如说英飞凌的EmCon、富士电机的SAS FWD、ABB的SPT+等这样的系列结构。

这就是富士电机的浅阳极结的二极管的结构图。我们可以看到，它的阳极有图形，阳极的载流子注入的时候，通过一个浅阳极结，控制载流子的注入效率。

下面我们介绍功率半导体里面单个来讲最大的一类器件，就是功率MOSFET，那么我们从图中可以看到，功率MOSFET占据了功率半导体21%的市场份额。

根据国际权威机构的统计，功率MOSFET大概的市场份额是在65亿美元。

这是功率MOS器件的结构图。我们都学过MOSFET的结构，MOSFET的结构里面跟我们讲的功率MOS的结构有什么差异呢？MOSFET的结构，它的源极跟漏极都做在表面，这个MOS的结构，它的漏极做在下面。MOS器件是集成电路基本单元。无论讲CMOS、一个NMOS、PMOS都是由MOS构成的，传统的MOS，栅、源、漏都是在表面，通过栅的沟道反型来连通源和漏。

但是在我们的功率MOS器件里，漏是在它的下端，垂直结构，这样的好处就是可以充分利用硅片的面积，使器件具有高压大电流的特性。功率MOS器件为什么能够成为全球最大的、单一的功率半导体器件呢？因为它具有电压控制、大的安全工作区、可以高频工作、频率可以高到GHz上，并且它是负温度系数，可以多个并联在一起工作，由于这样的优势，使功率MOS器件得到了迅速发展。

现在功率MOS器件有三种结构，一种叫VDMOS，或者称为平面功率MOS器件，一种叫槽栅MOS器件，还有一种是现在迅速发展的，称作超级结（Super Junction）功率MOS器件，下面分别简单地给大家做一个介绍。

VDMOS称为垂直双扩散功率MOS器件，这是功率MOS器件早期到现在广泛被应用的，不同的厂家从4到9张板不等，根据器件的应用的设计来考虑。

在低压功率MOS器件里面，广泛应用的就是槽栅功率MOS器件，这种功率MOS器件的一个好处。就是可以把沟道的密度做得很大，就是说，在同样的面积下，可以做更多的单元，功率MOSFET都是靠多个单元并联工作，来降低器件的导通损耗，那么沟道的密度提升，有助于它降低器件的导通损耗。

但是低压功率MOS器件是我们用得最多的，我们的手机、电脑都大量在应用，主要用在DCDC，电压的一个变换里面。那么在DCDC电压变换的时候，这时候关注的不仅仅是器件的导通损耗，还关注器件的开关损耗，也就是说关注器件的栅电容和栅电荷，而Trench MOSFET呢，由于沟道密度的提升，使得它的栅电容和栅电荷增加，那么怎么来进行优化呢，器件的一个优值，就是从传统的只考虑器件的导通电阻RON变成了，要关心器件的栅电荷和导通电阻，因此它的优值就变成了RON乘以QG，导通电阻乘上栅电荷。

为了改善器件的优值，许多新的结构被提出，比如说Narrow Trench就把Trench做得很窄，来降低栅电容，还有这一种厚底部氧化层的槽栅结构，还有W型的槽栅结构都被广泛应用。那么最近呢，另外一种新的结构被提出，大大地改善了器件的优值，称为分离栅或者叫屏蔽栅的结构。就把整个的Trench栅分成两部分，下面的部分和源极相接，来屏蔽整个栅电荷的影响。2007年美国的TI用了LDMOS就是横向MOS器件的高频特性，利用了电荷平衡的特性，推出了NexFET器件，这种器件也得到了比较好的应用，在2010年日本的瑞萨和欧洲的NXP把超级结结构用在低压器件里面，也获得了一个很好的优值。

这张图是西门子给出来的，当年的西门子半导体，现在的英飞凌在1998年的时候，推出来一种称为CoolMOS的这样一种结构，这种结构就是基于超级结的结构，也就是整个漂移区，不再是原来传统的单一导电类型的漂移区，而是通过N+ P+N+P+这种相互交叠的结构，我们称为超级结的一种结构，来形成了新型的功率MOS器件。这种器件推出来的时候，同样一个600V的器件，它的导通电阻就比传统的降低了5倍，这一推出就引起了世界的轰动，被誉为是功率MOS器件里程碑的结构，这个结构跟我们电子科大有密切的关系，这种结构的三个专利之一，国际公认的其中一个专利就是我们陈星弼院士的专利。

这样的器件现在有两种制造方法，第一种就是最早英飞凌采用的多次外延的一种办法，外延、注入、外延、注入这种循环，做4到6次，来形成超级结结构。

另外一种方法，就是东芝在2005年推出的称为DeepTrench的一种办法，通过刻槽、填充、注入这样的一种办法，来形成超级结的结构，我们通过跟华虹NEC合作，在2010年也在国内第一次研制出了超级结器件的商品化器件，这样的平台 是我们跟华虹合作的，是全球第一家8寸的超级结的代工平台。

目前全球已有二十几家企业，在这个平台上在生产产品，超级结由于低的导通损耗，那么这种器件现在得到了广泛的应用，并且呢，预测它的发展趋势是非常快的，是以13%的增长率在增长，在2016年，超级结器件将占据八亿九千万美元的市场份额。

这里我们给出了整个功率MOS器件的发展示意图。从最早的平面栅器件到槽栅器件，来降低器件的导通损耗，从单一地只是降低器件的导通损耗，到同时降低器件的导通损耗和栅电荷。

那么，进一步地发展呢，也许还有新的材料 比如说氮化镓等等，除了器件结构的改善以外，工艺上也在不断地去改善功率MOS器件的特性。

这是2011年全球第一个用12寸晶圆来制造的功率MOSFET，这是英飞凌在奥地利采用的，同时，从功率MOS的厚度来讲也在不断地降低，传统是需要200μm功率MOSFET硅片的厚度。那么现在呢，最小可以降低到两个mil也就是说40到50个μ。同时呢，从封装技术来讲，也在不断地改进，不断完善整个功率MOS器件的特性。

下面我们来看另一类功率半导体器件，这一类现在是发展得非常迅速的一类，称为绝缘栅双极型晶体管 IGBT。

这是2011年9月27号，美国的奥巴马总统向北卡州立大学的Baliga颁发了美国的技术发明奖，当年的技术发明奖只有5个，颁发给Baliga，是因为Baliga当年在GE作为R&D的Director的时候，他当时带领团队对IGBT的商业化发展做出了巨大的贡献。由此我们可以看到，这样一类器件的重要性，一个无关轻重的器件，它是不可能获得美国的技术发明奖的，这是美国的情况。

我们来看中国，2009年6月，时任总理温家宝到株洲南车去参观的时候，专门指示要勇克IGBT这样的国家核心关键技术，为什么？因为我们的动车大量地需要IGBT，如果我们全部依赖国外的进口，一旦国外卡我们，所有高铁将趴窝，因此我们必须要发展自己的IGBT。2013年9月，副总理马凯去杭州士兰微调研的时候，问杭州士兰微的董事长陈向东先生，你们的IGBT现在做得怎么样了？也就是说，现在IGBT能够进入国家领导人的思考，就说明IGBT是非常重要的一种核心器件，因为IGBT的应用范围非常之广泛。

从UPS到风电、到光伏发电，到轨道交通，到我们日常的消费类，也就是说变频家电，以及纯电动或混合动力汽车、马达驱动、工业控制等，都是我们IGBT的应用领域，IGBT现在的产品，从370V一直到6500V，这样的一个系列的产品，涵盖的范围非常广泛，IGBT是一个非常重要的器件。

它的发展来讲，在20世纪80年代，早期的功率半导体器件，双极型晶体管。它的功耗如果以百来看的话，在1985年首先推出第一代IGBT，它的功耗降到了70，到现在第六代IGBT，它的功耗只有了24，功耗在不断地降低，靠的是什么？靠的是技术的进步。

那么IGBT主要从三个方面在不断地发展，一种称为衬底工程，就是说从穿通型向非穿通型，像现在的场阻IGBT叫Field Stop进行发展。另外一类呢，就是Ｇａｔｅ栅工程，从平面栅向Trench栅，并且是越来越细的线宽。第三部分，就是载流子的优化工程，整个漂移区的载流子浓度来进行优化，比较先进的一种办法，采用的是载流子注入增强效应。

从后边结构里面，可以看出，使得整个IGBT的厚度大大降低，它的导通损耗大大降低，采用这样的一个场阻层，使得IGBT漂移区厚度降低了。

那么带来的一个挑战就是薄片工艺，要在已经失去了机械支撑能力的薄片上，还要进行背面的一个注入，这就是对工艺的一个挑战。

在2011年功率半导体的奥林匹克会议ISPSD（国际功率半导体器件和功率集成电路年会）上，英飞凌采用8寸硅片做的IGBT，已经到达了40个μ，做得非常薄。

这是三菱的第五代跟第六代的IGBT结构图，从这个图里面我们就可以看到，许多先进的工艺已经被用到了现在IGBT的产品里面，包括它的CS载流子层出层结构，这就是用了载流子浓度的一个优化，更细的线宽，虚拟的槽栅，这实际上就是载流子注入增强效应的应用和场阻结构等等。许多新的技术已经用到了我们IGBT的产品里面，使得IGBT的性能得到了不断的改善。

前面我们讲了晶闸管，双极型晶体管，二极管，MOSFET，IGBT，这些是用硅器件来进行制造的，那么人们就在想，下一个功率半导体器件往什么方向发展呢？是不是下一代该进入SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）这样的时代了？为什么要这样讲呢？

我们来看看，这是全球前20家功率半导体生产厂家，他们是不是在关注这样两个新的器件，全球前20家功率半导体生产厂商中１9家都在开展SiC或者是GaN，或者同时在开展SiC和GaN的研发。

为什么人们这样关注SiC和GaN器件呢？这是因为SiC和GaN是宽禁带半导体的一个典型代表。我们都知道，Si的禁带宽度是1.12eV，SiC和GaN呢。分别可以达到3.26和3.39个eV，我们称为宽禁带，这样两类器件。

禁带宽度宽的一个好处，就是说它可以耐高温，因为价带的电子不容易跃迁到导带，并且它的漏电流也比较小，同时呢，这样两类器件饱和速度还比较高，是Si的两倍，更为重要的是它的临界击穿电场可以达到Si的十倍以上，这个特性是非常重要的，意味着在同样的厚度下，它的耐压可以大大提升。

另外 SiC器件它的热导率还非常高，因此SiC器件非常适合做高温大电流的器件，这是宽禁带半导体和Si器件的一个比较。可以看到宽禁带半导体比Si导通损耗降低到一百倍以下，工作温度呢？以SiC为例呢？可以是3倍于Si的温度，击穿电压呢，可以达到Si的十倍以上。也正是由于这样的一些优秀的材料特性，使得现在宽禁带半导体，以SiC 、GaN为代表的器件，得到了迅速的发展，这是SiC器件发展的一个大事记。

从2001年第一个SiC肖特基势垒二极管推向市场以后，各种各样的SiC器件得到了迅速发展，现在已经有6英寸的SiC器件的量产。

这张图展示得更加详细，我们可以看到，从肖特基势垒二极管MESFET、BJT、JFET，MOSFET都有产品问世，并且人们也在开展PIN二极管和IGBT以及晶闸管等器件研发。

2013年10月在日本举行的ICSCRM，这是一个SiC基的功率半导体器件的一个会议。不光是美国的CREE公司，这家公司在SiC领域里面是做得非常好的一家公司，还包括了另外众多公司，都在积极地推出了6英寸的SiC硅片，为什么关注6英寸的SiC的硅片呢，这是因为SiC发展的过程中间，最大的问题就是成本太高，价格太高就限制了SiC产品的应用。

因此，如果我们能用，更大尺寸的SiC衬底做SiC器件，有望使得SiC的成本降低，使得SiC的整个产品，它的市场份额增加，那么吸引更多的人来进入这个行业，使得这个行业得到迅速发展。

那么，另外一个非常重要的事情就是，在2014年的1月15号，美国奥巴马总统到北卡州立大学，宣布了美国政府要投资1亿4千万美元，建立下一代的功率电子的研究机构，主要开展以SiC为核心器件的、下一代的功率电子学的研发，这又使得SiC得到了世人的关注。那么这个事情的一个倡导者，就是我们电子科技大学的校友黄勤博士，这张图是击穿电压和导通电阻的一个关系曲线。

从这张图上可以看出，GaN有着最好的击穿电压跟比导通电阻的优化关系，这是因为GaN不光禁带宽度比较宽。

另外它还有一个非常重要的特点，就是它能够形成异质结，形成一个高电子迁移率的晶体管HEMT，这就使得GaN器件得到了人类的关注。

同时，GaN材料和LED用的材料也是一样的，GaN材料同时用到了LED上，LED这样一个大产业的发展，使得GaN材料的制造设备、GaN材料的生产工艺等都得到了迅速的发展。也就是说这两个行业可以相互进行借鉴，进行融合，这就使得GaN的发展速度得到了加快，还有一个非常重要的因素。

GaN可以生长在Si基衬底上，以前GaN器件都是生长在SiC或者是蓝宝石这样的晶体材料上，这样的衬底材料是非常昂贵的，虽然它的性能很好，但是衬底材料的昂贵。限制了GaN器件的应用，硅材料我们都知道，这是人类投入了上万万亿的，这样的一个资金发展的大产业。如果能够在硅衬底上跟硅工艺兼容，那么给人的想象空间就非常之大。硅基上的GaN，现在得到了人们的高度重视。

在2011年5月26日，欧洲微电子中心IMEC，推出了一个在8寸上以SiCMOS工艺兼容的硅基GaN的工艺平台。这就是GaN发展的一个大事记。GaN比SiC发展得要晚一些。

2010年才第一个推出了GaN的器件，这是由美国IR公司推出的。随后呢 美国的EPC公司也推出了从20V到200V的，GaN的晶体管，最近呢，又推出了600V的GaN的晶体管，全球各种各样的行业，都在进入GaN电力电子器件里面，就看中GaN功率半导体器件的发展，包括原来传统研究Si的公司，在往GaN发展。

原来研究三、五族化合物半导体公司，也在研究GaN，以前做LED的，也在往GaN功率半导体发展，还有很多新的进入者等等。

GaN成为现在功率半导体的研究热点，有些公司推出GaN的一个Road Map。

下面我们来看占据了功率半导体半壁河山的功率集成电路。功率集成电路通常是一种模拟电路，或者是数模混合集成电路，它既需要功率管理，也需要功率的控制。这个时候，用标准的CMOS工艺来做，就受到限制。为此，功率集成电路的一个主流工艺，称为BCD工艺。

这个平台上集成了三种工艺，一种是有着很好模拟特性的BiPolar双极工艺，同时呢，它也集成了集成度最高的容易进行逻辑控制的CMOS工艺，还集成了容易进行高压大电流处理的DMOS工艺。这种工艺是最复杂的，我们称为BCD工艺。

BCD工艺按照Fairchild也就是飞兆半导体的分法，它分了三类，一类，称为高压BCD工艺，主要是电压耐压可以到达1200V，重点在耐压上。第二类，称为高功率BCD工艺，电压不是很高，但是，可以处理安培级的电流，是一个比较大的功率。第三类，就是高密度BCD工艺，这一类，在便携式设备，例如我们的手机、平板电脑的电源管理上，有广泛的应用市场，高密度的BCD 电压不是很高。但是 跟CMOS兼容性非常之好，密度可以做得很高。

这是欧洲意法半导体，能够提供的BCD工艺的工艺平台。我们可以看到，它的工艺线宽从0.32μm一直到90nm，包括了低压到高压，也包括了硅基和SOI，这是另外一家公司，台湾的联电，这是一家著名的Foundry厂，提出来的BCD工艺。

在这个工艺里面我们可以看到，从0.1μm一直到0.5μm，不同的线宽，不同的耐压，从12V一直到800V。它有利用硅的外延材料来制作，也有利用硅的单晶材料来制作，各种BCD的工艺平台得到发展，不光是用硅基制作。同时，用SOI的工艺来发展汽车电子。

这样的BCD工艺，前飞利浦，现在的恩智浦公司，也推出了这一系列的高压的BCD工艺平台，也正是由于这样的各种丰富的BCD工艺平台的发展，使得功率集成电路得到了迅速的发展，占据了整个功率半导体的半壁河山。

下面我们来看整个功率半导体的发展趋势，我用2012年ISPSD会议上日本Hiromichi Ohashi教授给出的这样一张图，这张图借鉴了半导体的发展路线图，ITRS路线图里面的一个画法，整个功率半导体的发展，首先是More Silicon，基于硅技术的技术，还要不断发展 还要不断去完善IGBT，完善MOSFET，采用更大的硅片，更薄的硅片，利用CMOS工艺，来做更多的功率集成电路，集成更多的功率器件，发展AC Switch交流的开关器件。

在SOI上制作功率集成电路，利用硅的工艺来继续发展，继续完善功率半导体器件，这是一个方向。同时Beyond Silicon，就是硅以外，我们还要发展新的材料，包括SiC、GaN、金刚石，以及异质外延的材料，比如说硅基GaN，也是属于这种异质外延的材料，用新的材料去发展新的功率半导体器件。

另外一个方向呢，就是More Than Silicon，更多的是瞄准了各种功能的集成，包括功率IC里面，包括功率模块里面的发展，这就要发展包括互联的材料、磁性材料、介质材料，它的冷却，它的封装，它的传感以及整个功率IC的控制等等。最终呢，我们是希望给人类提供满足用户需求的功率电子学产品。

下面我们来讲第三部分，中国的功率半导体技术，我们国家是全球最大的功率半导体市场，占据了全球50%以上的市场份额，但是我们从全球前10家功率半导体的供应商，或者是前10家功率分离器件和模块的供应商来看，没有一家我们国家的企业。

我们放宽到全球前20家来看，也找不到任何一家我们国家自己的企业，这是一个很遗憾的事情，但是，这个遗憾现在正在被打破。

中国由于有大的功率半导体市场，和中国的整个半导体行业的不断发展，使得现在中国的功率半导体，引起了全球的高度关注，中国的功率半导体也得到了迅速发展。近十年来，我们不光能够生产功率MOSFET，我们也能够生产超级结的功率MOSFET。也就是说，从槽栅、平面栅到超级结，我们中国都能够自己提供自己的产品。

另外一类IGBT ，IGBT在前几年完全被国外所垄断，最近几年，在国家的政策和国家科技重大专项的支持下，我们IGBT终于有了自己的芯片，南车北车也推出了功率IGBT的模块，我们的地铁，我们的动车上，都用上了我们自己的IGBT，BCD高压集成电路的工艺也是如此。

我们传统的高压BCD工艺，从最早的24所的4寸、58所的5寸、到BCD工艺的6寸 这些都是从IDM，也就是说自己的垂直集成的企业，现在已经发展到华润上华的6寸、上海先进的8寸、华虹宏力的8寸，代工厂都具有了这样的一个能力，代工厂具有了这样的一些先进的BCD工艺以后，就为更多的设计公司提供了平台，能够促进我们国家整个功率半导体的发展。

前面我们是从企业来讲，我们从学术上来讲，在2013年日本举行的功率半导体界的顶级学术会议ISPSD上。不包括中国台湾和中国香港，中国内陆就投稿了20篇，并列全球第三。如果我们加上中国台湾和中国香港，我们中国的投稿数就达到了38篇，位居全球第一。也正是由于中国功率半导体，这样的学术研究的不断发展，这样的学术研究的不断发展。2015年的ISPSD会议将在香港召开，因此，我们期望大家一起努力，使得我们整个中国的功率半导体不断发展，最终走向世界的前列，今天的分享就到这里，谢谢大家。

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