對于家電，大家都不陌生吧？小小的調(diào)光燈、電磁爐、洗衣機(jī)、電烤箱等，其實(shí)都離不開小小的電子元器件——晶閘管。
簡單的來講，晶閘管主要用來高效率的轉(zhuǎn)換電能，將電能精確的轉(zhuǎn)換為各種用電標(biāo)準(zhǔn)，提供給我們生活中使用的各類電子產(chǎn)品。如今，晶閘管等半導(dǎo)體分立作為電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)核心，舉足輕重，應(yīng)用廣泛。電子產(chǎn)品與電力設(shè)備對晶閘管器件有巨大的需求，在工業(yè)控制、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)通信等等領(lǐng)域，晶閘管有廣闊的市場。
先來看看晶閘管的基礎(chǔ)定義，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)(國際電工委員會)，將一種三端四層的、伏安特性具有導(dǎo)通與阻斷雙穩(wěn)定狀態(tài)的、可在這兩者狀態(tài)間切換的電力半導(dǎo)體器件稱為晶閘管。
簡單地理解，就如一個小開關(guān)。由一個微小的功率作為撥動開關(guān)信號，不停地對通過的大功率電流進(jìn)行控制變換，逆變器、變頻器等等的設(shè)計(jì)就是基于此特性。它不僅僅作為無觸點(diǎn)開關(guān)，還能做到對信號進(jìn)行檢波、放大、調(diào)制等等，從容實(shí)現(xiàn)“以小控大”。
如上是典型的晶閘管結(jié)構(gòu)示意，陽極A與陰極K是大電流信號的通路，而門級G作控制。通過低壓小功率端控制高壓大功率端，當(dāng)承受正向電壓后，需要此時門級G有觸發(fā)信號(電流)才能導(dǎo)通(AK)。但導(dǎo)通后，只能在AK通路中電流減少到一點(diǎn)閾值時，才能關(guān)斷AK，或者直接利用整流電路施加反向電壓來關(guān)斷AK。
從材料研發(fā)來說，眾多企業(yè)轉(zhuǎn)向了寬禁帶材料(氮化鎵、碳化硅、氧化鋅等等)，具有更好的耐壓、損耗、導(dǎo)熱特性，有更小的體積卻實(shí)現(xiàn)了更高的轉(zhuǎn)換效率。目前碳化硅(SiC)材料相對其他半導(dǎo)體材料，在高禁帶寬度、高擊穿強(qiáng)度、低介電常數(shù)等等方面具有優(yōu)異物理特點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中，其能量損耗與發(fā)熱量只有傳統(tǒng)晶閘管的50%，相同功率等級下體積更小。可以預(yù)見的是，相關(guān)寬禁帶材料將會成為行業(yè)研發(fā)驅(qū)動力。
晶閘管基本由硅單品片制成，需要進(jìn)行腐蝕、拋光、氧化、光刻、擴(kuò)散、鈍化、蒸發(fā)、鍵合、包封、測試等工藝環(huán)節(jié)。產(chǎn)品上游主要為單晶硅、金屬、試劑等供應(yīng)商。而單晶硅的價格波動對晶閘管成本有最直接的影響。我國的單晶硅產(chǎn)業(yè)主要集中在西部地區(qū)，受地區(qū)影響(地震)與國際政策影響，從2020年起一直處于上漲態(tài)勢。下游應(yīng)用就非常廣泛了，涉及消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電子照明等等，近年來隨著國家政策支持，新能源汽車行業(yè)發(fā)展較快，也帶動了晶閘管發(fā)展。
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