半導(dǎo)體設(shè)備市場在全球范圍內(nèi)價(jià)值約合1.996萬億人民幣,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車的電力轉(zhuǎn)換,也就是我們所說的“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),有源元件可用來轉(zhuǎn)換供應(yīng)電源、信號等。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)那樣通過組合各種半導(dǎo)體器件來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能或大容量存儲。因此,可以說它是一個單功能的半導(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轉(zhuǎn)換成電信號的設(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? 舉例來說,先進(jìn)的MOS LSI被用來處理信息;而功率半導(dǎo)體則是處理電。說到電,我們的生活就不可能正常。如果讀者經(jīng)歷過因地震或降雪造成的長時間停電,就會知道電是多么重要。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“通過電來轉(zhuǎn)換功率的設(shè)備”。
換句話說,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,“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)械制動且長時間使用后,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。因此,LSI等邏輯電路也可以被描述為信號轉(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)方和能源需求方來說都是一個很有前景的領(lǐng)域。換句話說,它們可以被看作是來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)的角度來看,它是一個合適的領(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,占全球市場的一半,但現(xiàn)在它只占全球市場的不到20%,有人認(rèn)為日本的半導(dǎo)體已經(jīng)沒有生命力了。
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”模型也可以說是日本擅長的領(lǐng)域。如果考慮建立一個無廠的功率半導(dǎo)體制造商,沒準(zhǔn)日本的半導(dǎo)體制造商有辦法能在這個領(lǐng)域繼續(xù)生存。
在這種情況下,構(gòu)建一個功率半導(dǎo)體可以發(fā)揮積極作用的應(yīng)用市場越來越重要。
在LSI領(lǐng)域,只關(guān)注小型化的計(jì)劃被迫轉(zhuǎn)向,從2006年左右開始,除小型化以外的其他領(lǐng)域開始出現(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)備也被列為候選對象。許多半導(dǎo)體制造商由于無法跟上微型化的步伐,國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖的活動已經(jīng)停止了。在這種情況下,筆者認(rèn)為功率半導(dǎo)體的未來發(fā)展正在引起人們的關(guān)注。
消息來源:工控有的聊
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