“半导体技术”2011年第11期摘要” 材料与器件 P817- 宽带隙半导体材料光电性能的测试 P821- GaN薄膜的椭偏光谱研究 P826- 集成电路互连线用高纯铜靶材及相关问题研究 P831- GaAs同质外延生长过程的RHEED分析 制造工艺技术 P836- 300nm铜膜低压低磨料CMP表面粗糙度的研究 P840- 沟槽型VDMOS源区的不同制作方法研究 集成电路设计与应用 P844- 一种用于角度传感器中的仪表放大器 P848- FPGA芯片内数字时钟管理器的设计与实现 P853- 一种高功率馈线合成器的设计 P857- 一种宽带OFDM信号接收电路的设计与实现 P862- 2~18GHz宽带ALC放大器 P866- 20GHz镜频抑制谐波混频器 P871- 双极型LDO线性稳压器的设计 封装、检测与设备 P875- 全自动LED引线键合机焊点快速定位方法的研究 P880- 铜线键合Cu/Al界面金属间化合物微结构研究 P885- 多线切割张力控制系统研究 P890- 汽车轮胎压力感应器产品的可靠性评估
材料与器件 P817- 宽带隙半导体材料光电性能的测试 郭媛1,陈鹏1,2,孟庆芳1,于治国1,杨国锋1,张荣1,郑有炓1 (1．南京大学电子科学与工程学院江苏省光电信息功能材料重点实验室,南京210093; 2．南京大学扬州光电研究院,江苏扬州225009) 摘要:主要通过光致发光的实验手段,研究分析了在自支撑GaN衬底上生长的InGaN/GaN多量子阱(InGaN/GaN MQW)有源层中的载流子复合机制,实验中发现多量子阱的光致发光光谱中有一个与有源区中的深能级相关的额外的发光峰。在任何温度大功率激发条件下,自由激子的带边复合占主导地位,并且带边复合的强度随温度或激发功率的下降而减弱;在室温以下小功率激发条件下,局域化能级引入的束缚激子复合占主导地位,其复合强度随温度的下降而单调上升,随激发功率的下降而上升。带边复合在样品温度上升或者激发功率变大时发生蓝移,而局域的束缚激子复合辐射的峰值波长,随样品温度和激发功率的变化没有明显变化。 关键词:光致发光;深能级;自由激子;束缚激子;多量子阱;蓝移 P821- GaN薄膜的椭偏光谱研究 余养菁,张斌恩,李孔翌,姜伟,李书平,康俊勇 (厦门大学物理系教育部微纳光电子材料与器件工程研究中心 福建省半导体材料及应用重点实验室,福建厦门361005) 摘要:采用椭圆偏振光谱法,在1.50~6.50eV光谱内,研究了在蓝宝石衬底(0001)面上使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法制备的非掺杂纤锌矿结构GaN薄膜的光学性质。建立GaN表面层/外延层/缓冲层/衬底四层物理结构模型。与Cauchy和Sellmeier色散公式比较后选择了Tanguy Extended色散公式来分析GaN薄膜的光学性质。椭圆偏振光谱拟合结果表明,Tanguy Extended色散公式能更准确、方便地描述GaN薄膜在全波段(特别是带隙及带隙之上波段)的色散关系。提供了GaN薄膜在1.50~6.50eV光谱范围内的寻常光(o光)和非寻常光(e光)折射率和消光系数色散关系,为定量分析GaN薄膜带边附近各向异性的光学性质提供了依据。 关键词:GaN薄膜;椭圆偏振光谱;光学各向异性;色散关系;纤锌矿结构
功率半导体器件在我国的发展现状 MOSFET是由P极、N极、G栅极、S源极和D漏级组成。它的导通跟阻断都由电压控制，电流可以双向流过，其优点是开关速度很高，通常在几十纳秒到几百纳秒，开关损耗小，适用于各类开关电源。但它也有缺点，那就是在高压环境下压降很高，随着电压的上升，电阻变大，传导损耗很高。 随着电子电力领域的发展，IGBT出现了。它是由BJT和MOS组成的复合式半导体，兼具二者的优点，都是通过电压驱动进行导通的。IGBT克服了MOS的缺点，拥有高输入阻抗和低导通压降的特点。因此，其广泛应用于开关电源、电车、交流电机等领域。 如今，各个行业的发展几乎电子化，对功率半导体器件的需求越来越大，不过现在功率半导体器件主要由欧美国家和地区提供。我国又是全球需求量最大的国家，自给率仅有10%，严重依赖进口。功率半导体器件的生产制造要求特别严格，需要具备完整的晶圆厂、芯片制造厂、封装厂等产业链环节。国内企业的技术跟资金条件暂时还无法满足。 从市场格局来看，全球功率半导体市场中，海外龙头企业占据主导地位。我国功率半导体器件的生产制造还需要付出很大的努力。制造功率半导体器件有着严格的要求，每一道工序都需要精心控制。最后的成品仍需要经过专业仪器的测试才能上市。这也是为半导体器件生产厂家降低生产成本，提高经济效益的体现。没有经过测试的半导体器件一旦哪方面不及格，则需要重新返工制造，将会增加了企业的生产成本。
深圳威宇佳公司是国内知名的功率半导体检测专家，专门生产制造简便易用、高精度的设备，让操作人员轻松上手操作，省力更省心。如生产的IGBT动态参数测试设备、PIM&单管IGBT 专用动态设备、IGBT静态参数测试设备、功率半导体测试平台等，均是经过经验丰富的技术人员精心打磨出来的，设备高可靠性、高效率，已在市场上应用超过10年，历经了超过500万只模块/DBC的测试考验。
半导体分立器件行业发展研究-半导体分立器件行业的下游需求情况 半导体分立器件行业的下游需求情况 随着国民经济的快速发展及行业技术工艺的不断突破，半导体分立器件的应用领域有了很大的扩展。近年来，受益于国家经济转型升级以及新能源、新技术的应用，下游最终产品的市场需求保持良好的增长态势，从而为半导体分立器件行业的发展提供了广阔的市场空间。半导体分立器件的下游覆盖消费电子、汽车电子、工业电子等领域，且在上述领域应用基本保持稳定的增长。在国家产业政策的支持下，新能源汽车/充电桩、智能装备制造、物联网、光伏新能源等新兴产业领域将成为国内分立器件行业新的增长点，特别是该等应用领域将给MOSFET、IGBT等分立器件市场中的主流产品提供巨大的市场机遇。 （1）消费电子 MOSFET 等半导体功率器件是消费电子产品的重要元器件，消费电子市场也是半导体功率器件产品的主要需求市场之一。中国消费电子产品的普及程度越来越高，而且近年来消费者对消费电子的需求从以往的台式PC、笔记本电脑为主向平板电脑、智能电视、无人机、智能手机、可穿戴设备等转移，直接推动消费电子市场的快速发展。消费电子产品更新换代周期短以及新技术的不断推出，
使得消费电子市场需求量进一步上升。根据美国消费电子协会统计，2013 年中国消费电子市场整体规模达到16,325 亿元，成为全球最大的消费电子市场，根 据2017年3C行业报告，2017年中国消费电子市场将突破2万亿，预计增长7.1%。 目前我国笔记本电脑、彩色电视机等众多消费类电子产品的生产规模已经位居全球第一，同时以智能电视、无人机等为代表的新兴消费类电子产品也开始在国内实现量产。根据IDC 的预测，智能电视是互联网快速发展的产物，2016 年国内智能电视销量达4,098 万台，预计到2018 年智能电视销量将突破5,000 万台。近年来我国无人机市场规模快速增长，根据IDC 的预测，我国航拍无人机的 市场规模将由2016 年的39 万台增加到2019年的300 万台，年均复合增长率高 达97.40%。上述消费电子产品市场规模的快速增长，有力地拉动了对上游半导体功率器件的需求。 （2）汽车电子
QTEC-4000 半导体分立器件测试系统
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半导体分立器件 半导体器件是近50年来发展起来的新型电子器件，具有体积小、重量轻、耗电省、寿命长、工作可靠等一系列优点，应用十分广泛。 1）国产半导体器件型号命名法 国产半导体器件型号由五部分组成，如表1-13所示。半导体特殊器件、场效应器件、复合管、PIN型管、激光管等的型号由第三、四、五部分组成。 表1-13 中国半导体器件型号命名法
示例1：“2 A P 10”型为P型锗材料的小信号普通二极管，序号为10。 示例2：“3 A X 31 A”型为PNP型锗材料的低频小功率三极管，序号31，规格号为A。 示例3：“CS 2 B”型为场效应管，序号为2，规格号为B。 2)半导体二极管 二极管按材料可分为硅二极管和锗二极管两种；按结构可分为点接触型和面接触型；按用途可分为整流管、稳压管、检波管、开关管和光电管等。常见二极管外形和电路符号可参见《基础篇》。 （1）常用二极管的类型有： ①整流二极管 主要用于整流电路，即把交流电变换成脉动的直流电。整流二极管为面接触型，其结电容较大，因此工作频率范围较窄（3kHz以内）。常用的型号有2CZ型、2DZ型等，还有用于高压和高频整流电路的高压整流堆，如2CGL型、DH26型2CL51型等。 ②检波二极管 其主要作用是把高频信号中的低频信号检出，为点接触型，其结电容小，一般为锗管。检波二极管常采用玻璃外壳封装，主要型号有2AP型和1N4148（国外型号）等。 ③稳压二极管 稳压二极管也叫稳压管，它是用特殊工艺制造的面结型硅半导体二极管，其特点是工作于反向击穿区，实现稳压；其被反向击穿后，当外加电压减小或消失，PN结能自动恢复而不至于损坏。稳压管主要用于电路的稳压环节和直流电源电路中，常用的有2CW型和2DW型。 ④光电二极管 光电管又称光敏管。和稳压管一样，其PN结也工作在反偏状态。其特点是：无光照射时其反向电流很小，反向电阻很大；当有光照射时，其反向电阻减小，反向电流增大。光电管常用在光电转换控制器或光的测量传感器中，其PN结面积较大，是专门为接收入射光而设计的。光电管在无光照射时的反向电流叫做暗电流，有光照射时的电流叫做光电流（或亮电流）。其典型产品有2CU、2DU系列。 ⑤发光二极管 发光二极管简写做LED。它通常用砷化镓或磷化镓等材料制成，当有电流通过它时便会发出一定颜色的光。按发光的颜色不同发光二极管可分为红色、黄色、绿色、蓝色、变色和红外发光二极管等。一般情况下，通过LED的电流在10～30mA之间，正向压降约为1.5～3V。LED可用直流、交流、脉冲等电源驱动，但必须串接限流电阻R。LED能把电能转换成光能，广泛应用在音响设备、数控装置、微机系统的显示器上。 ⑥变容二极管 变容二极管是利用PN结加反向电压时，PN结此时相当于一个结电容。反偏电压越大，PN结的绝缘层加宽，其结电容越小。如2CB14型变容二极管，当反向电压在3～25V区间变化时，其结电容在20～30pF之间变化。它主要用在高频
功率器件的发展历程 IGBT、GTR、GTO、MOSFET、IGBT、IGCT…… 2009-12-08 08:49 引言 电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。从1958年美国通用电气(GE)公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子技术的诞生。到了70年代，晶闸管开始形成由低压小电流到高压大电流的系列产品。同时，非对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件相继问世，广泛应用于各种变流装置。由于它们具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点，其研制及应用得到了飞速发展。 由于普通晶闸管不能自关断，属于半控型器件，因而被称作第一代电力电子器件。在实际需要的推动下，随着理论研究和工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展，先后出现了GTR、GTO、功率MOSET等自关断、全控型器件，被称为第二代电力电子器件。近年来，电力电子器件正朝着复合化、模块化及功率集成的方向发展，如IGPT、MCT、HVIC等就是这种发展的产物。 电力整流管 整流管产生于本世纪40年代，是电力电子器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。目前已形成普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管等三种主要类型。其中普通整流管的特点是： 漏电流小、通态压降较高(1 0～1 8V)、反向恢复时间较长(几十微秒)、可获得很高的电压和电流定额。多用于牵引、充电、电镀等对转换速度要求不高的装置中。较快的反向恢复时间(几百纳秒至几微秒)是快恢复整流管的显著特点，但是它的通态压降却很高(1 6～4 0V)。它主要用于斩波、逆变等电路中充当旁路
我国半导体分立器件行业研究 1、行业现状及发展前景 （1）半导体分立器件简介 分立器件是指具有单一功能的电路基本元件，如二极管、晶体管、电阻、 电容、电感等，主要实现电能的处理与变换，是半导体市场重要的细分领域。 根据功能用途，可以将能够进行功率处理的半导体器件定义为功率半导体器 件（Power Semiconductor Device），又称电力电子器件（Power Electronic Device）。 典型功率处理功能包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等。功率半导 体器件主要用于电力设备的电能变换和电路控制，是弱电控制与强电运行间的桥 梁。除保证设备正常运行以外，功率半导体器件还起到有效的节能作用。典型的 功率半导体器件包括二极管（普通二极管、肖特基二极管、快恢复二极管等）、 晶体管（双极结型晶体管、电力晶体管、MOSFET、IGBT 等）、晶闸管（普通 晶闸管、IGCT、门极可关断晶闸管等）。 作为分立器件最重要和最广泛的应用领域，功率半导体器件在大功率、大电
流、高反压、高频、高速、高灵敏度等特殊应用场合具有显著性能优势，因此可替代性较低。功率半导体器件目前几乎应用于所有的电子制造业，如通信、计算机、汽车产业、消费电子、光伏产业、智能电网、医疗电子、人工智能、物联网等领域，应用范围广阔。半导体分立器件行业处于产业链的中游，其产品被广泛应用于各终端领域。半导体分立器件在半导体（硅基）产业链中的位置如下图所示（虚线方框部分）： 从具体制造流程上来看，可以进一步将半导体分立器件划分为芯片设计、芯片制造、封装测试等环节。 芯片设计是指通过系统设计和电路设计，将设定的芯片规格形成设计版图的过程。在对芯片进行寄存器级的逻辑设计和晶体管级的物理设计后，设计出不同规格和效能的芯片。
关于功率MOSFET（VDMOS & LDMOS）的报告 ---时间日期：2009.11.12 ---报告完成人：祝靖1．报告概况与思路 报告目的：让研一新同学从广度认识功率器件、了解功率器件的工作原理，起到一个启蒙的作用，重点在“面”，更深层次的知识需要自己完善充实。 报告内容：1）从耐压结构入手，说明耐压原理； 2）从普通MOS结构到功率MOS结构的发展；（功率MOS其实就是普通MOS结构和耐 压结构的结合）； 3）纵向功率MOS（VDMOS）的工作原理； 4）横向功率MOS（LDMOS）的工作原理； 5）功率MOSFET中的其它关键内容；（LDMOS和VDMOS共有的，如输出特性曲线）报告方式：口头兼顾板书，点到即止，如遇到问题、疑惑之处或感兴趣的地方，可以随时打断提问。 2．耐压结构（硅半导体材料） 目前在我们的研究学习中涉及到的常见耐压结构主要有两种：①反向PN结②超结结构(包括)； 2.1 反向PN结（以突变结为例） 图2.1所示的是普通PN结的耐压原理示意图，当这个PN结工作在一定的反向电压下，在PN结内部就会产生耗尽层，P区一侧失去空穴会剩下固定不动的负电中心，N区一侧会失去电子留下固定不动的正电中心，并且正电中心所带的总电量＝负电中心所带的总电量，如图2.1a所示，A区就是所谓耗尽区。 图2.1b所示的是耗尽区中的电场分布情况（需熟悉了解），耗尽区以外的电场强度为零，Em称为峰值电场长度（它的位置在PN，阴影部分的面积就是此时所加在PN P区和N区共同耐压。图2.2所示的是P+N结的情况，耐压原理和图1中的相同，但是在这种情况中我们常说N负区是耐压区域(常说的漂移区) (a) (b) 图2.1 普通PN结耐压示意图（N浓度＝P浓度）图2.2 P＋N结耐压示意图（N浓度< 中国功率半导体行业研究-行业概况、发展概况 1、半导体行业概况 （1）全球半导体行业发展概况 半导体是电子产品的核心，信息产业的基石。半导体行业具有下游应用广泛、生产技术工序多、产品种类多、技术更新换代快、投资高、风险大等特点，全球半导体行业具有一定的周期性，景气周期与宏观经济、下游应用需求以及自身产能库存等因素密切相关。 根据全球半导体贸易统计组织，全球半导体行业2018年市场规模达到4,688亿美元，较2017年增长约13.7%。过去五年，随着智能手机、平板电脑为代表的新兴消费电子市场的快速发展，以及汽车电子、工业控制、物联网等科技产业的兴起，强力带动了整个半导体行业规模迅速增长。 资料来源：全球半导体贸易统计组织 全球半导体贸易统计组织数据显示，2018年美国半导体行业市场规模约为1,030亿美元，占全球市场的21.97%；欧洲半导体行业市场规模约为430亿美元，约占全球市场的9.16%。亚太地区半导体行业近年来发展迅速，已成为全球最大的半导体市场。亚太地区（除日本外）市场规模达2,829亿美元，已占据全球市场60.34%的市场份额，中国大陆地区是近年来全球半导体市场增速最快的地区之一。 数据来源：全球半导体贸易统计组织 目前全球半导体产业呈现由头部厂商所主导的态势，2018年前十大半导体厂商销售收入占比达到了59.3%，前十大半导体厂商的销售额2018年较2017年平均增长率高达18.5%，市场份额较为集中，行业马太效应显著。 数据来源：Gartner （2）中国半导体行业发展概况 中国本土半导体行业起步较晚。但在政策支持、市场拉动及资本推动等因素合力下，中国半导体行业不断发展。步入21世纪以来，中国半导体产业市场规模得到快速增长。2018年，中国半导体产业市场规模达6,531亿元，比上年增长20.7%。2013-2018年中国半导体市场规模的复合增长率达21.09%，显著高于同期世界半导体市场的增速。 半导体分立器件行业发展研究 -半导体分立器件竞争格局、利润水平及行业壁垒 半导体分立器件行业竞争格局 经过多年的发展，国内厂商在中低端分立器件产品的技术水平、生产工艺和产品品质上已有很大提升，但在部分高端产品领域仍与国外厂商有较大的差距。由于国外公司控制着核心技术、关键元器件、关键设备、品牌和销售渠道，国内销售的高端半导体功率器件仍旧依赖海外进口。面对广阔的市场前景，国内厂商在技术水平和市场份额的提升上仍有较大的开拓空间。我国半导体分立器件行业起步较晚，近年来在国家产业政策的鼓励和行业技术水平不断提升等多重利好因素推动下，行业内部分企业以国外先进技术发展为导向，逐步形成了以自主创新、突破技术垄断、替代进口为特点的发展模式。半导体分立器件行业内，新洁能等部分企业掌握了MOSFET、IGBT 等产品的核心技术，通过产品的高性价比不断 提高市场占有率，在与国外厂商的竞争中逐步形成了自身的竞争优势。 行业利润水平 1、行业利润水平的变动趋势 近年来，我国半导体分立器件行业平均利润水平总体上呈现平稳波动态势，在不同应用领域及细分市场行业利润水平则存在着结构性差异。一般而言，在传统应用领域，低端产品行业进入门槛较低，市场竞争较为充分，导致该领域产品行业利润水平相对较低。而在新兴细分市场以及中高端半导体分立器件市场，由于产品技术含量高，产品在技术、客户积累以及资金投入等方面具有较高的进入壁垒，市场竞争程度相对较低，行业内部分优质企业凭借自身技术研发、产业链完善、质量管理等综合优势，能够在该领域获得较高的利润率水平。 2、行业利润水平的变动原因 半导体分立器件行业的利润水平主要受到宏观经济形势和下游行业景气度、以及行业技术水平等因素的综合影响。 宏观经济形势及下游行业景气程度方面。半导体分立器件作为基础性元器件，应用领域涵盖了消费电子、汽车电子、工业电子等广泛的下游行业。宏观经济形势则直接影响该等行业的整体发展状况，从而传导至对半导体分立器件的需求的变化，进而影响半导体分立器件行业的利润水平。 “power semiconductor device”和“power integrated circuit(简写为power IC或PIC)”直译就是功率半导体器件和功率集成电路。 在国际上与该技术领域对应的最权威的学术会议就叫做International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs，即功率半导体器件和功率集成电路国际会议。 “power”这个词可译为动力、能源、功率等，而在中文里这些词的含义不是完全相同的。由于行业的动态发展，“power”的翻译发生了变化。 从上世纪六七十年代至八十年代初，功率半导体器件主要是可控硅整流器(SCR)、巨型晶体管(GTR)和其后的栅关断晶闸管(GTO)等。它们的主要用途是用于高压输电，以及制造将电网的380V或220V交流电变为各种各样直流电的中大型电源和控制电动机运行的电机调速装置等，这些设备几乎都是与电网相关的强电装置。因此，当时我国把这些器件的总称———power semiconductor devices没有直译为功率半导体器件，而是译为电力电子器件，并将应用这些器件的电路技术power electronics没有译为功率电子学，而是译为电力电子技术。与此同时，与这些器件相应的技术学会为中国电工技术学会所属的电力电子分会，而中国电子学会并没有与之相应的分学会；其制造和应用的行业归口也划归到原第一机械工业部和其后的机械部，这些都是顺理成章的。实际上从直译看，国外并无与电力电子相对应的专业名词，即使日本的“电力”与中文的“电力”也是字型相同而含义有别。此外，当时用普通晶体管集成的小型电源电路———功率集成电路，并不归属于电力电子行业，而是和其他集成电路一起归口到原第四机械工业部和后来的电子工业部。 20世纪80年代以后，功率半导体行业发生了翻天覆地的变化。功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET，常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(power IC，常简写为PIC)为主。 这一转变的主要原因是，这些器件或集成电路能在比以前高10倍以上的频率下工作，而电路在高频工作时能更节能、节材，能大幅减少设备体积和重量。尤其是集成度很高的单片片上功率系统(power system on a chip，简写PSOC)，它能把传感器件与电路、信号处理电路、接口电路、功率器件和电路等集成在一个硅芯片上，使其具有按照负载要求精密调节输出和按照过热、过压、过流等情况自我进行保护的智能功能，其优越性不言而喻。国际专家把它的发展喻为第二次电子学革命。 2015年功率半导体器件行业简析 一、行业的定义与分类 (2) 二、行业的发展历史和现状 (3) 三、行业规模 (4) 四、行业的周期性 (6) 五、进入本行业的壁垒 (6) 1、技术壁垒 (6) 2、客户服务壁垒 (7) 六、行业风险因素 (7) 1、投入不足 (7) 2、质量意识差 (8) 七、影响行业未来发展趋势的因素 (8) 1、电子元器件微型化 (8) 2、电子元器件集成化 (9) 3、产业政策大力支持 (9) 一、行业的定义与分类 功率半导体器件是进行电能（功率）处理的半导体产品，典型的功率处理功能包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等，是弱电控制与强电运行间的桥梁，其中大部分是既能耐高压也能承受大电流。半导体产业的发展始于分立器件，所谓“分立”，一般是指被封装的半导体器件仅含单一元件(为了产品应用需要，部分分立器件封装实际上包含二个或多个元件或器件)，它必须和其它类型的元件相结合，才能提供类似放大或开关等基本电学功能。 从产品结构来分，功率半导体分立器件可分为二极管、三极管、功率晶体管、功率集成电路等几大类产品，其中功率晶体管包括有MOSFET和IGBT等。从功率处理能力来分，功率半导体分立器件可分为四大类，包括低压小功率分立器件(电压低于200V，电流小于200mA)、中功率分立器件(电压低于200V，电流小于5A)、大功率分立器件(电压低于500V，电流小于40A)、高压特大功率分立器件(电压低于2,000V，电流小于40A)。 每个电子产品均离不开功率半导体技术。功率半导体的目的是使电能更高效、更节能、更环保并给使用者提供更多方便。如通过变频来调速，使变频空调在节能50-70％的同时，更环保、更安静、让人更舒适。人们希望便携式电子产品一次充电后有更长的使用时间，在电池没有革命性进步以前，需要更高性能的功率半导体器件进行高效的电源管理。正是由于功率半导体能将“粗电”变为“精电”，因此它是 2017年功率半导体器件行业分析报告 2017年11月 目录 一、功率半导体器件，电力控制的核心器件 (4) 1、功率半导体器件的作用 (4) 2、功率半导体器件市场分析 (8) 二、下游需求旺盛，功率半导体器件交货期延长 (10) 三、常见的功率半导体器件 (11) 1、MOSFET (11) 2、IGBT (13) 四、国内功率半导体进口替代进行时 (19) 1、捷捷微电：具备晶闸管自主设计和制造能力，进口替代空间大 (19) 2、扬杰科技：积极布局SiC宽禁带功率半导体器件 (21) 3、士兰微：国家大基金入股，8寸线如期试产 (22) 4、华微电子：第六代IGBT产品研发成功 (23) 功率半导体器件可以用来控制电路通断，从而实现电力的整流、逆变、变频等变换。一般将额定电流超过1A 的半导体器件归类为功率半导体器件，这类器件的阻断电压分布在几伏到上万伏。常见的功率半导体器件有金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极晶体管芯片（IGBT）及模块等。 半导体功率器件广泛应用于汽车、家电、光伏、风电、轨交等领域，渗透进了人们生活的方方面面。从2016年下半年开始，功率半导体器件行情回暖，需求持续旺盛，但是受限于产能，原厂交货周期开始延长。一般来说MOSFET、整流管和晶闸管的交货周期是8周左右，但现在部分MOSFET、整流管和晶闸管交期已被延长到24至30周。 我国的功率半导体器件的起步虽然较晚，但是市场规模增长迅速。从2011年的1386亿元增长到2016年的2088亿元，年均复合增速达8.53%，已经成为全球最大的功率半导体市场之一。但是我国的功率半导体生产厂商与国际巨头相比还有较大差距。目前全球主要的功率半导体厂商均为英飞凌、德仪、STM、恩智浦等国外企业。国内功率半导体器件需要大量进口，如IGBT 有90%依赖进口，因此进口替代空间巨大。 为推动我国半导体产业的发展，2014年国家成立了千亿规模的国家集成电路产业投资基金（简称“大基金”）。由于从本质上讲，功率半导体器件与集成电路（IC）芯片非常类似，它们都由PN结、双极型晶体管、MOS 结构构成，因此两者的理论基础相同，大多数工艺也相同。因此大基金的设立也有利于功率半导体器件的发展。2016 2020年半导体分立器件制造行业分析报告 2020年7月 目录 一、行业上下游之间的关联性 (3) 1、芯片设计 (3) 2、晶圆制造 (3) 3、封装测试 (4) 二、影响行业发展的因素 (4) 1、有利因素 (5) （1）国家政策的有力支持 (5) （2）半导体产业重心转移带来的国产替代机遇 (5) （3）功率半导体产业技术发展 (6) （4）新兴科技产业的发展孕育新的市场机会 (6) 2、不利因素 (7) （1）半导体产业基础薄弱 (7) （2）国产功率半导体器件产品附加值较低 (7) （3）高端技术人才短缺 (7) 三、进入行业的壁垒 (8) 1、市场壁垒 (8) 2、技术壁垒 (8) 3、专业人才壁垒 (9) 四、行业经营特征 (9) 五、行业竞争情况 (10) 1、扬杰科技 (11) 2、捷捷微电 (11) 3、派瑞股份 (11) 4、中车时代电气 (12) 一、行业上下游之间的关联性 半导体产业链主要包含芯片设计、晶圆制造和封装测试三大核心环节，此外还有为晶圆制造与封装测试环节提供所需材料及专业设备的支撑产业链。作为资金与技术高度密集行业，半导体行业形成了专业分工深度细化、细分领域高度集中的特点。 1、芯片设计 芯片设计的本质是将具体的产品功能、性能等产品要求转化为物理层面的电路设计版图，并且通过制造环节最终实现产品化。设计环节包括结构设计、逻辑设计、电路设计以及物理设计，设计过程环环相扣，技术和工艺复杂。芯片设计公司的核心竞争力取决于技术能力、需求响应和定制化能力带来的产品创新能力。 2、晶圆制造 晶圆制造是半导体产业链的核心环节之一。晶圆制造是根据设计出的电路版图，通过炉管、湿刻、淀积、光刻、干刻、注入、退火等不同工艺流程在半导体晶圆基板上形成元器件和互联线，最终输出能够完成功能及性能实现的晶圆片。晶圆制造产业属于典型的资本和技 2020年半导体分立器件行业分析 一、行业管理 (2) 二、行业技术水平和技术特点及行业特征 (2) 1、行业技术水平和技术特点 (2) 2、行业特征 (3) （1）周期性 (3) （2）区域性 (3) （3）季节性 (4) 三、行业上下游的关系 (4) 1、上游行业情况 (4) 2、下游行业情况 (5) 四、行业竞争情况 (5) 1、行业竞争格局 (5) 2、行业主要企业情况 (6) （1）安世集团（Nexperia） (7) （2）英飞凌（Infineon） (7) （3）意法半导体（ST Microelectronics） (7) （4）华润微电子有限公司 (8) （5）杭州士兰微电子股份有限公司 (8) （6）苏州固锝电子股份有限公司 (8) （7）江苏捷捷微电子股份有限公司 (9) （8）吉林华微电子股份有限公司 (9) （9）强茂电子（无锡）有限公司 (9) （10）无锡新洁能股份有限公司 (9) 一、行业管理 国内半导体行业已实现市场化的发展模式，基本形成了各企业面向市场自主经营，政府职能部门产业宏观调控，行业协会自律规范的管理格局。半导体产业的行业宏观管理职能由国家工业和信息化部承担，主要负责产业政策制定、引导扶持行业发展、指导产业结构调整等；中国半导体行业协会是行业的自律组织和协调机构，下设集成电路分会、半导体分立器件分会、半导体封装分会、集成电路设计分会、半导体支撑业分会、MEMS分会等专业机构。行业协会主要承担行业引导和服务职能，负责产业及市场研究、行业自律管理以及开展业务交流等。 二、行业技术水平和技术特点及行业特征 1、行业技术水平和技术特点 半导体分立器件的技术涉及了微电子、半导体物理、材料学、电子线路等诸多学科、多领域，不同学科、领域知识的结合促进行业交叉边缘新技术的不断发展。随着终端应用领域产品的整体技术水平要求越来越高，半导体分立器件技术也在市场的推动下不断向前发展，新材料、低损耗高可靠性器件结构理论、高功率密度的芯片制造与封装工艺技术已应用到分立器件生产中，行业内产品的技术含量日益提高、设计及制造难度也相应增大。近年来，我国半导体分立器件制造企业通过持续的引进消化吸收再创新以及自主创新，产品技术含量及 2019年半导体分立器件行业发展研究 （一）半导体行业基本情况 1、半导体概况 （1）半导体的概念 半导体是一种导电性可受控制，常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体的导电性受控制的范围为从绝缘体到几个欧姆之间。半导体具有五大特性：掺杂性（在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性）、热敏性、光敏性（在光照和热辐射条件下，其导电性有明显 的变化）、负电阻率温度特性，整流特性。半导体产业为电子元器件产业中最重 要的组成部分，在电子、能源行业的众多细分领域均都有广泛的应用。 （2）半导体行业分类 按照制造技术的不同，半导体产业可划分为集成电路、分立器件、其他器件等多类产品，其中集成电路是把基本的电路元件如晶体管、二极管、电阻、电容、电感等制作在一个小型晶片上然后封装起来形成具有多功能的单元，主要实现对 信息的处理、存储和转换；分立器件是指具有单一功能的电路基本元件，主要实现电能的处理与变换，而半导体功率器件是分立器件的重要部分。 分立器件主要包括功率二极管、功率三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等半导体功率器件产品；其中，MOSFET和IGBT属于电压控制型开关器件，相比于功率三极管、晶闸管等电流控制型开关器件，具有易于驱动、开关速度快、损耗低等特点。公司生产的MOSFET系列产品和IGBT系列产品属于国内技术水平领先的半导体分立器件产品。半导体器件的分类示意图和公司产品所处的领域如下图所示： 在分立器件发展过程中，20 世纪50 年代，功率二极管、功率三极管面世并应用于工业和电力系统。20 世纪60 至70 年代，晶闸管等半导体功率器件快速发展。20世纪70年代末，平面型功率MOSFET 发展起来；20 世纪80 年代后期，沟槽型功率MOSFET 和IGBT 逐步面世，半导体功率器件正式进入电子应用时 半导体分立器件、集成电路装调工 国家职业标准 1. 职业概况 1．1 职业名称：半导体分立器件、集成电路装调工。 1．2 职业定义：使用设备装配、测试半导体分立器件、集成电路、混合集成电路的人员。 1．3 职业等级：本职业共设四个等级，分别为：初级（国家职业资格五级）、中级（国家职格四级）、高级（国家职业资格三级）、技师（国家职业资格二级）。 1．4 职业环境：室内、常温（部分高温），净化。 1．5 职业能力特征：有一定的分析、判断和推理能力，手指灵活、手臂灵活、动作协调。知觉好。 1．6 基本文化程度：高中毕业（或同等学历）。 1．7 培训要求： 1．7．1 培训期限：全日制职业学校教育，根据其培养目标和教学计划确定。晋级培训：初级不少于400标准学时；中级不少于300标准学时；高级不少于150标准学时；技师于150标准学时。 1．7．2 培训教师：培训初、中、高级的教师应具有本职业技师职业资格证书或相关专业8级专业技术职务任职资格；培训技师的教师具有本职业技师职业资格证书3年以上或专业高级专业技术职务任职资格。 1．7．3 培训场地设备：理论培训场地应具有可容纳20名以上学员的标准教室，并配备设备。实际操作培训场所应具备必要的实验设备和产品测试仪器的实践场所。 1．8 鉴定要求： 1．8．1 适用对象：从事或准备从事本职业的人员。 1．8．2申报条件： ——初级（具备下列条件之一者） （1）经本职业初级正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。 （2）在本职业连续见习工作2年以上。 （3）本职业学徒期满。 ——中级（具备以下条件之一者） （1）取得本职业初级职业资格证书后，连续从事本职业工作3年以上，经本职业中级正训达规定标准学时数，并取得结业证书。 （2）取得本职业初级职业资格证书后，连续从事本职业工作5年以上。 13种常用的功率半导体器件介绍 电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。 1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS控制晶闸管 MCT 是一种新型MOS 与双极复合型器件。如上图所示。MCT是将MOSFET 的高阻抗、低驱动图MCT 的功率、快开关速度的特性与晶闸管的高压、大电流特型结合在一起，形成大功率、高压、快速全控型器件。实质上MCT 是一个MOS 门极控制的晶闸管。它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由无数单胞并联而成。它与GTR，MOSFET，IGBT，GTO 等器件相比，有如下优点： （1）电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可关断电流密度为6000kA/m2； （2）通态压降小、损耗小，通态压降约为11V； （3）极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达20 kV/s ，di/dt为2 kA/s； （4）开关速度快，开关损耗小，开通时间约200ns，1 000 V 器件可在2 s 内关断； 2. IGCT（Intergrated Gate Commutated Thyristors） IGCT 是在晶闸管技术的基础上结合IGBT 和GTO 等技术开发的新型器件，适用于高压大容量变频系统中，是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。 IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点。在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT 芯片在不串不并的情况下，二电平逆变器功率0.5~ 3 MW，三电平逆变器1~ 6 MW；若反向二极管分离，不与IGCT SiC功率半导体器件技术发展现状及市场前景 近年来，Si功率器件结构设计和制造工艺日趋完善，已经接近其材料特性决定的理论极限，依靠Si器件继续完善来提高装置与系统性能的潜力十分有限。本文首先介绍了SiC功率半导体器件技术发展现状及市场前景，其次阐述了SiC功率器件发展中存在的问题，最后介绍了SiC功率半导体器件的突破。 SiC功率半导体器件技术发展现状1、碳化硅功率二极管 碳化硅功率二极管有三种类型：肖特基二极管（SBD）、PiN二极管和结势垒控制肖特基二极管（JBS）。由于存在肖特基势垒，SBD具有较低的结势垒高度。因此，SBD具有低正向电压的优势。SiC SBD的出现将SBD的应用范围从250 V提高到了1200 V。同时，其高温特性好，从室温到由管壳限定的175℃，反向漏电流几乎没有增加。在3 kV以上的整流器应用领域，SiC PiN和SiC JBS二极管由于比Si整流器具有更高的击穿电压、更快的开关速度以及更小的体积和更轻的重量而备受关注。 2、单极型功率晶体管，碳化硅功率MOSFET器件 硅功率MOSFET器件具有理想的栅极电阻、高速的开关性能、低导通电阻和高稳定性。在300V以下的功率器件领域，是首选的器件。有文献报道已成功研制出阻断电压10 kV 的SiC MOSFET。研究人员认为，碳化硅MOSFET器件在3kV～5 kV领域将占据优势地位。尽管遇到了不少困难，具有较大的电压电流能力的碳化硅MOSFET器件的研发还是取得了显著进展。 另外，有报道介绍，碳化硅MOSFET栅氧层的可靠性已得到明显提高。在350℃条件下有良好的可靠性。这些研究结果表明栅氧层将有希望不再是碳化硅MOSFET的一个显著的问题。 3、碳化硅绝缘栅双极晶体管（SiC BJT、SiC IGBT）和碳化硅晶闸管（SiC Thyristor） 最近报道了阻断电压12kV的碳化硅P型IGBT器件，并具有良好的正向电流能力。碳化硅IGBT器件的导通电阻可以与单极的碳化硅功率器件相比。与Si双极型晶体管相比，SiC 双极型晶体管具有低20～50倍的开关损耗以及更低的导通压降。SiC BJT主要分为外延发 自从50年代，硅晶闸管问世以后，50多年来，功率半导体器件的研究工作者为达到理想化的目标做出了不懈的努力，并以取得了使世人瞩目的成就。60年代后期，可关断晶闸管GTO实现了门极可关断功能，并使斩波工作频率扩展到1KHZ以上。70年代中期，大功率晶体管和功率MOSFET 问世，功率器件实现了场控功能，打开了高频应用的大门。80年代，绝缘栅双极晶体管（IGBT）问世，它综合了功率MOSFET和双极型功率晶体管两者的功能。因此，当前功率器件研究工作的重点主要集中在研究现有功率器件的集成性能，MOS门控晶体管的改进，以及采用新型半导体材料制造新型的功率器件等。 瑞士ABB半导体公司是ABB集团的全资子公司，是世界上最著名的大功率半导体生产商之一。西安赛晶电子科技责任有限公司是瑞士ABB 半导体公司在中国的首家代理，本公司在为客户提供先进的大功率半导体器件的同时，以西安电力电子技术研究所为其坚强的技术后盾，为客户提供较强的技术支持和服务。 一大功率半导体器件的最新发展 1．普通晶闸管(PCT) PCT自问世以来，其功率容量已提高了近3000倍。现在许多国家已能稳定生产Φ100mm，8000V/4000A的晶闸管。日本现在已能稳定生产8000V/4000A和6000V/6000A的光触发晶闸管。近十几年来，由于自关断器件的飞速发展，晶闸管的应用领域有所缩小，但是，由于它的高电压、大电流特性，它在HVDC，静止无功补偿（SVC），大功率直流电源及超大功率和高压变频调速等方面仍然占有十分重要的地位。预计在今后若干年内，晶闸管仍将在高电压、大电流应用场合得到继续发展。 2、门极可关断晶闸管(GTO) 1982年日本日立公司首先研制成功2500V,1000A的GTO。许多的生产商可提供额定开关功率36MVA(6000V,6000A)用的高压大电流GTO。为了折衷它的导通、开通和关断特性，传统GTO的典型的关断增量仅为3-5。GTO关断期间的不均匀性使GTO关断期间dv/dt必须限制在 500-1000v/μs。为此,人们不得不使用体积大、笨重、昂贵的吸收电路。它的其他缺点是门极驱动电路较复杂和要求较大的驱动功率。但是，高的导通电流密度、高的阻断电压、阻断状态下高的dv/dt耐量和有可能在内部集成一个反并二极管，这些突出的优点仍使人们对GTO感兴趣。到目前为止，传统的GTO在高压（VBR>3300V）/大功率（0.5-20MVA）牵引、工业和电力逆变器中是应用得最为普遍得门控功率半导体器件。目前，GTO的最高研究水平为6英寸、6000V/6000A以及9000V/10000A。这种GTO采用了大直径均匀结技术和全压接式结构，通过少子寿命控制技术折衷了GTO导通电压与关断损耗两者之间的矛盾。由于GTO具有门极全控功能，它正在许多应用领域逐步代替PCT。为了满足电力系统对1兆VA以上的三相逆变功率电压源的需要，近期很可能开发10，000A,12,000V的GTO,并可能解决30多个高压GTO串联的技术，可望使电力电子技术在电力系统应用方面再上一个台阶。 3、绝缘栅双极晶体管（IGBT）中国功率半导体行业研究-行业概况、发展概况
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