半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)在全球范圍內(nèi)價(jià)值約合1.996萬(wàn)億人民幣，在這里，我們看一下功率半導(dǎo)體在半導(dǎo)體設(shè)備中的定位。
功率半導(dǎo)體是幕后英雄
很難想象功率半導(dǎo)體能代表我們熟悉的任何一代產(chǎn)品，首先，它工作在并不顯眼的地方，例如，它們被用于火車和電動(dòng)車的電力轉(zhuǎn)換，也就是我們所說(shuō)的“幕后英雄”。最近，它們也出現(xiàn)在家用電器上，比如電磁爐中。
半導(dǎo)體可以在元件層面進(jìn)行分類，如下圖所示。其中，半導(dǎo)體設(shè)備屬于有源元件(active element)，有源元件可用來(lái)轉(zhuǎn)換供應(yīng)電源、信號(hào)等。其中，藍(lán)色部分是功率半導(dǎo)體。
功率半導(dǎo)體被認(rèn)為占到了半導(dǎo)體市場(chǎng)的10％左右。功率半導(dǎo)體在21世紀(jì)能源網(wǎng)絡(luò)中的作用很重要，有可能成為橫跨許多領(lǐng)域的技術(shù)。
半導(dǎo)體中的功率半導(dǎo)體
下圖顯示了根據(jù)集成或單一功能的半導(dǎo)體器件的分類，在這種分類中，功率半導(dǎo)體屬于分立半導(dǎo)體(單功能半導(dǎo)體) 器件，這意味著它們被用于單一功能，而不是像LSI（大規(guī)模集成電路）那樣通過(guò)組合各種半導(dǎo)體器件來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能或大容量存儲(chǔ)。因此，可以說(shuō)它是一個(gè)單功能的半導(dǎo)體器件。除了功率半導(dǎo)體，上述的CCD和圖像傳感器也是將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的設(shè)備。
半導(dǎo)體器件五花八門，功率半導(dǎo)體在其中又如何定位呢? 舉例來(lái)說(shuō)，先進(jìn)的MOS LSI被用來(lái)處理信息；而功率半導(dǎo)體則是處理電。說(shuō)到電，我們的生活就不可能正常。如果讀者經(jīng)歷過(guò)因地震或降雪造成的長(zhǎng)時(shí)間停電，就會(huì)知道電是多么重要。如今它就像空氣和水一樣支撐著我們的日常生活，如下圖所示，功率半導(dǎo)體在這里被理解為“通過(guò)電來(lái)轉(zhuǎn)換功率的設(shè)備”。
換句話說(shuō)，功率半導(dǎo)體是用于轉(zhuǎn)換功率的半導(dǎo)體器件。這里的功率＝電力，只看“電力轉(zhuǎn)換” 這個(gè)詞，可能也很難聯(lián)想出它的意思。功率是由電流和電壓決定的，而電流有兩種類型: 交流電和直流電。換句話說(shuō)，“電力轉(zhuǎn)換” 一詞包括從大電流到小電流、從高電壓到低電壓、從交流到直流等廣泛的轉(zhuǎn)換。同樣重要的是，功率的轉(zhuǎn)換是由電控制進(jìn)行的，相比之下，采用機(jī)械制動(dòng)且長(zhǎng)時(shí)間使用后，不可避免地容易出現(xiàn)器件老化的現(xiàn)象， 這就是使用功率半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)。因此，LSI等邏輯電路也可以被描述為信號(hào)轉(zhuǎn)換。
功率半導(dǎo)體的回歸
功率半導(dǎo)體由于其更高的效率、更低的成本和更高的性能，從能源供應(yīng)方和能源需求方來(lái)說(shuō)都是一個(gè)很有前景的領(lǐng)域。換句話說(shuō)，它們可以被看作是來(lái)自上游和下游的期望中的設(shè)備。另一方面，它有廣泛的應(yīng)用，有可能成為一個(gè)跨行業(yè)的技術(shù)。
此外，其技術(shù)挑戰(zhàn)涵蓋了從基底材料到器件結(jié)構(gòu)的廣泛范圍。從審視日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的角度來(lái)看，它是一個(gè)合適的領(lǐng)域。日本的半導(dǎo)體行業(yè)曾經(jīng)擁有世界上最大的份額，占全球市場(chǎng)的一半，但現(xiàn)在它只占全球市場(chǎng)的不到20%，有人認(rèn)為日本的半導(dǎo)體已經(jīng)沒(méi)有生命力了。
然而， 另一方面，日本在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域表現(xiàn)良好，功率半導(dǎo)體方面從基底材料的開(kāi)發(fā)到應(yīng)用產(chǎn)品，擁有大量的專有技術(shù)。下圖所示的“縱向一體化”模型也可以說(shuō)是日本擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。如果考慮建立一個(gè)無(wú)廠的功率半導(dǎo)體制造商，沒(méi)準(zhǔn)日本的半導(dǎo)體制造商有辦法能在這個(gè)領(lǐng)域繼續(xù)生存。
在這種情況下，構(gòu)建一個(gè)功率半導(dǎo)體可以發(fā)揮積極作用的應(yīng)用市場(chǎng)越來(lái)越重要。
在LSI領(lǐng)域，只關(guān)注小型化的計(jì)劃被迫轉(zhuǎn)向，從2006年左右開(kāi)始，除小型化以外的其他領(lǐng)域開(kāi)始出現(xiàn)在藍(lán)圖上，這些領(lǐng)域曾被歸入“More than Moore”一詞之下。此外，電力設(shè)備也被列為候選對(duì)象。許多半導(dǎo)體制造商由于無(wú)法跟上微型化的步伐，國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖的活動(dòng)已經(jīng)停止了。在這種情況下，筆者認(rèn)為功率半導(dǎo)體的未來(lái)發(fā)展正在引起人們的關(guān)注。
消息來(lái)源：工控有的聊
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