2014年01月22日08:29
功率半导体包括整流二极管、功率晶体管、晶闸管。
其中，功率晶体管具有“放大”和“开关”的作用。放大是指将低频功率变为高频功率，开关是指切换电路的开与关。
充分利用放大作用，就可以使用小功率驱动马达。切换电路开与关的开关速度越快，越能实现精密控制。
功率晶体管还可以进一步分成三个种类。
首先，双极晶体管是由3个端子组成的半导体，利用输入电流控制扩大和开关。虽然放大率高，适合处理较大电流，但也存在开关速度慢的缺点。
其次，功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是利用输入电压控制动作。耗电量较小，能够实现高速开关。但处理大电流时的损耗大。
最后是IGBT（绝缘栅双极晶体管），在一个半导体元件（芯片）上集成双极晶体管和MOSFET而构成。不仅耗电量小，能够处理大电流。而且可以实现高速开关。
通过大型化降低成本
用来提高功率半导体能量利用效率的是使用新材料的新一代产品。其中有望成为主流的是使用碳化硅的产品。与硅相比，碳化硅能够耐受大电压、大电流，大幅削减工作时以热量形式散发的功率损耗。与硅制产品相比，理论上可减少70％的功率损耗。
三菱电机从1990年代开始研发SiC功率半导体。2010年，该公司使用SiC功率半导体，在全球率先上市了变频空调。2012年，东京地铁银座线的部分车辆也采用了该公司的产品。与过去相比，车辆系统节能高达38.6％。
现在，阻碍普及的因素在于成本。碳化硅结晶需要的时间长，价格是硅的几倍甚至十几倍。而且晶圆不易大型化。
2013年10月，三菱电机开发出了世界上最大的使用碳化硅的功率MOSFET，尺寸为1cm见方。面积是过去的5mm见方的4倍。通过大型化，配备芯片的数量减少，从而可以降低成本。
机床的驱动马达等使用的工业用IGBT模块。照片为三菱电机的产品。
作为功率半导体领域的后起之秀，罗姆也在1990年代着手开发使用碳化硅的产品。并于2009年收购了德国的碳化硅晶圆企业SiCrystal，由此，建立起了从碳化硅晶圆到模块的一条龙开发、制造体制。
2013年，罗姆开始使用碳化硅量产大口径的6英寸晶圆。1枚晶圆可以切割的芯片数量是过去的两倍，提高了生产效率。该公司把功率半导体视为增长的动力之一。碳化硅则是功率半导体的核心。
与碳化硅同样被看好的还有氮化镓。氮化镓具备的优点可举：比硅更耐受高电压，可以缩短电极之间的距离；发热少，耗电量也小；开关速度高于碳化硅，可以支持高频率，因此能够使周边部件小型化。但缺点是不支持大电流、大电压，只适用于家电等输出功率较低的电器。
功率半导体市场虽然前景光明，但估计今后竞争将激化。2013年11月，富士通与富士通半导体发布新闻称，该公司与美国Transphorm公司整合了氮化镓功率半导体业务，社会为之沸然。富士通的研发团队和知识产权转移到Transphorm，富士通半导体则转变体制，专门承接制造和销售业务。这在实质上是业务转让。
富士通半导体功率器件业务部长浅井祥守说：“我们觉得，大批的量产订单即将到来，现在正是作出决断的时机。”
富士经济表示，到2020年，新一代功率半导体的全球市场将扩大到1909亿日元，约为2012年的25倍。2014年到2015年预计将是全面普及的时期，企业之间的合纵连横作战如今已经打响。（作者：外薗 祐理子，日经技术在线！供稿）
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