第1章 緒論
本章主要介紹功率半導體元件的定義、種類以及發展概況。
1.1 電力電子元件和電力電子學
電子技術包括資訊電子技術和電力電子技術，資訊電子技術包括類比電子技術和數位電子技術，用於資訊檢出、傳送和處理的低電平電路中。電力電子技術用於電力傳送、變換、控制或開關的高電平電路中。對於電力電子技術，轉換效率和散熱是必須考慮的問題。變換的功率可達MW，甚至GW。
電力電子電路中能實現電能變換和控制的元件，稱為電力電子元件，英文為Power Electronic Devices，又稱Power Semiconductor Devices，或簡稱為Power Devices，Power又可翻譯為功率，因此也稱功率元件。
電力電子技術與電力電子學之間的關係是工程技術領域和學術之間的關係，工程上稱為電力電子技術，學術上稱為電力電子學。1956年閘流體整流器（英文縮寫SCR，也稱可控矽）的發明是半導體元件由弱電跨入強電的里程碑。電力電子技術就是以閘流體為主體的功率（電力）半導體元件為核心部件，跨於電力、電子和控制三大領域的一門邊緣學科，可用如圖1.1所示的「倒三角」定義來說明。
1.2 功率半導體元件的定義
功率半導體元件就是能進行功率處理的半導體元件，早期的功率半導體元件，如大功率二極體、閘流體等主要應用於工業和電力系統，因此又稱為電力電子元件。典型的功率處理功能包括：變頻、變壓、變流、功率放大、功率管理等。隨著以功率MOS元件為代表的新型功率半導體元件的迅速發展，目前以電腦、通訊、消費類產品和汽車電子為代表的4C市場占據了三分之二的功率半導體應用市場。高壓橫向功率元件結構的改進又產生了單片功率積體電路市場。功率管理積體電路（Power Management IC，也稱為電源管理IC）成為目前功率半導體元件的焦點與快速發展領域。因此採用「功率半導體元件」這樣一個術語較「電力電子元件」更準確，更具時代意義。
電腦、通訊和汽車工業方面應用的功率半導體元件，其耐壓等級在200V以下；電動控制、機器人和動力分配方面應用的功率半導體元件，其耐壓等級超過200V。功率元件的應用是工作頻率的函式，如圖1.2所示。大功率系統（例如高壓直流輸電配電系統和機車驅動裝置）在相對低的頻率下進行兆瓦級功率控制。隨著工作頻率的增加，對於100W的典型微波元件，其額定功率有所降低。
本章主要介紹功率半導體元件的定義、種類以及發展概況。
1.1 電力電子元件和電力電子學
電子技術包括資訊電子技術和電力電子技術，資訊電子技術包括類比電子技術和數位電子技術，用於資訊檢出、傳送和處理的低電平電路中。電力電子技術用於電力傳送、變換、控制或開關的高電平電路中。對於電力電子技術，轉換效率和散熱是必須考慮的問題。變換的功率可達MW，甚至GW。
電力電子電路中能實現電能變換和控制的元件，稱為電力電子元件，英文為Power Electronic Devices，又稱Power Semiconductor Devices，或簡稱為Power Devices，Power又可翻譯為功率，因此也稱功率元件。
電力電子技術與電力電子學之間的關係是工程技術領域和學術之間的關係，工程上稱為電力電子技術，學術上稱為電力電子學。1956年閘流體整流器（英文縮寫SCR，也稱可控矽）的發明是半導體元件由弱電跨入強電的里程碑。電力電子技術就是以閘流體為主體的功率（電力）半導體元件為核心部件，跨於電力、電子和控制三大領域的一門邊緣學科，可用如圖1.1所示的「倒三角」定義來說明。
1.2 功率半導體元件的定義
功率半導體元件就是能進行功率處理的半導體元件，早期的功率半導體元件，如大功率二極體、閘流體等主要應用於工業和電力系統，因此又稱為電力電子元件。典型的功率處理功能包括：變頻、變壓、變流、功率放大、功率管理等。隨著以功率MOS元件為代表的新型功率半導體元件的迅速發展，目前以電腦、通訊、消費類產品和汽車電子為代表的4C市場占據了三分之二的功率半導體應用市場。高壓橫向功率元件結構的改進又產生了單片功率積體電路市場。功率管理積體電路（Power Management IC，也稱為電源管理IC）成為目前功率半導體元件的焦點與快速發展領域。因此採用「功率半導體元件」這樣一個術語較「電力電子元件」更準確，更具時代意義。
電腦、通訊和汽車工業方面應用的功率半導體元件，其耐壓等級在200V以下；電動控制、機器人和動力分配方面應用的功率半導體元件，其耐壓等級超過200V。功率元件的應用是工作頻率的函式，如圖1.2所示。大功率系統（例如高壓直流輸電配電系統和機車驅動裝置）在相對低的頻率下進行兆瓦級功率控制。隨著工作頻率的增加，對於100W的典型微波元件，其額定功率有所降低。
