北京工业发展投资管理有限公司二○一七年四月摘要IGBT是集成电路行业中的电子器件的新型产，在全球及中国市场已普遍应用，IGBT产业下游的应用领域不断扩张，应用领域的需求量也在快速增长。没有IGBT就不会有高铁的便捷生活，其应用非常广泛，小到家电、大到飞机、舰船、交通、电网等战略性产业，被称为电力电子行业里的“CPU”。据IGBT技术联盟协会公开数据而知，2015年国内中国IGBT市场规模达100亿元左右，其中国产IGBT市场占有率不到10%。根据法国市场调研机构Yole的调查报告显示，2015年全球IGBT市场已回归到稳步上升的轨道，市场规模在随后的几年时间内将继续保持稳定的发展速度，市场规模至2018年将达到60亿美元的数值。据全球知名调研公司iSuppli的数据显示，从2010年到2020年，全球IGBT市场将继续保持年均12%左右的增长速度，我国IGBT产业将保持15%～20%的增长速度，到2020年国内市场规模将达340亿元。中国具有自主知识产权、本土化的IGBT产业链在不断完善，但IGBT芯片设计制造技术、IGBT模块封装设计制造技术、IGBT模块可靠性与失效分析技术、IGBT测试技术等IGBT产业核心技术仍掌握在发达国家手中。目前，国内大部分IGBT及其配套产品，尤其是高压大功率IGBT产品基本依赖进口，市场通常供不应求，我国电力电子装备产业有较大的发展空间。IGBT产业概述电力电子器件的发展历程图-1电力电子器件的历史变迁电力电子器件是采用半导体材料制造、用于实现电能高效转换的开关控制电子器件，包括电力电子器件分立器件、模块和组件等，主要有功率二极管和功率晶体管两大类。1957年美国通用电气公司(GE)研制出世界上第一只工业用普通晶闸管(Thyristor)，标志着电力电子器件的诞生。电力电子器件的发展经历了以晶闸管为核心的第一阶段、以MOSFET和IGBT为代表的第二阶段，现在正在进入以宽禁带半导体器件为核心的新发展阶段。具有代表性的产品如下所示。1.功率二极管功率二极管有阳极(A)和阴极(K)两个电极，具有单向导电的特性，主要类型有PiN二极管和肖特基二极管(SBD)两种。PiN二极管有高耐压、大电流、低泄漏电流和低导通损耗的优点，但电导调制效应在漂移区中产生的大量少数载流子降低了关断速度，限制了器件向高频化方向发展，代表性器件是快恢复整流二极管(FRD)。肖特基二极管具有低压、大电流、低功耗、高速开关等特性，在高频整流、开关电路和保护电路中作为整流和续流元件，可以大幅度降低功耗，提高电路效率和使用频率，减少电路噪声，但是存在不能承受较高电压的缺点。2.晶闸管晶闸管具有PNPN或NPNP四层半导体结构，它的阳极(A)和阴极(K)与电源和负载组成晶闸管的主电路;它的门极(G)和阴极(K)与外部驱动装置组成晶闸管的控制电路。它能在高电压、大电流条件下工作，但工作频率较低。在晶闸管的基础上开发了门极可关断晶闸管(GTO)和集成门极换流晶闸管(IGCT)等新型器件。GTO是晶闸管的一种派生器件，可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断，其电压电流容量较大，目前GTO的最高研究水平可以达到12000V/10000A，在高压大功率牵引、工业和电力逆变器中应用较为普遍。集成门极换流晶闸管(IGCT)是一种用于大型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件，它集IGBT的高速开关特性和GTO的高阻断电压和低导通损耗特性于一体，具有电流大、阻断电压高、开关频率高、导通损耗低、可靠性高、结构紧凑等特点。3.功率双极型晶体管(BJT)功率双极型晶体管(BJT)是最早出现的全控型、电流控制电力电子器件，它有基极(B)、发射极(E)和集电极(C)三个电极，通过基极电流的控制作用实现对发射极与集电极之间电流的开关控制。它通过少子注入实现了电导调制，既具备饱和压降较低、安全工作区宽等优点，也存在驱动电流较大、耐浪涌电流能力差、易受二次击穿而损坏等缺点。随着功率MOSFET和IGBT的出现，它基本上被后两者所替代，只在某些成本要求低的中等容量、中等频率领域有一定的应用。4.功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)功率MOSFET是一种单极型的电压控制器件，它有栅极(G)、漏极(D)和源极(S)三个电极。栅极通过绝缘层与漏极和源极隔离，并调控源极与漏极之间形成载流子输运的沟道，实现控制器件开关的目的。由于不受少子储存效应的限制，能够在很高的频率(>100kHz)下工作，其导通电压具有正温度特性，易于并联以扩大电流容量，并具有较好的线性输出特性和较小的驱动功率。代表性的硅基功率MOSFET器件是垂直导电双扩散场效应晶体管(VDMOS)，是低压范围内应用最广的电力电子器件，但在高压应用时其导通电阻随耐压