浅谈功率半导体的技术与未来产业发展

本。但由于当时的功率器件主要为双极型晶体管、GTO等，功率器件所需的驱动电流大，驱动和保护电路复杂，PIC的研究并未取得实质性进展。直至八十年代，由MOS栅控制、具有高输入阻抗、低驱动功耗、容易保护等特点的新型MOS类功率器件如功率MOS器件、IGBT等的出现，使得驱动电路简单且容易与功率器件集成，才迅速带动了PIC的发展，但复杂的系统设计和昂贵的工艺成本限制了PIC的应用。进入九十年代后，PIC的设计与工艺水平不断提高，性能价格比不断改进，PIC逐步进入了实用阶段。迄今已有系列PIC产品问世，包括功率MOS智能开关，电源管理电路、半桥或全桥逆变器、两相步进电机驱动器、三相无刷电机驱动器、直流电机单相斩波器、PWM专用PIC、线性集成稳压器、开关集成稳压器等。一些著名国际公司在功率集成技术领域处于领先地位，如德州仪器（TI）、意法半导体（ST）、仙童半导体（Fairchild）、国际整流器（IR）、安森美（On-Semi）、PowerIntegration（PI）等世界著名的半导体公司，它们已将功率集成电路产品系列化、标准化。

　　近几年随着移动通信、数字消费电子和计算机等产品制造业的强劲增长，以电压调整器为代表的电源管理集成电路得到迅速发展。有人认为功率集成电路重在高低压兼容的功率集成（PowerIntegration），而电源管理集成电路重在功率管理（PowerManagement），故应独立于功率集成电路之外。笔者认为功率集成电路即是进行功率处理的集成电路，电源管理集成电路应置于功率集成电路的范围之内。

　　SOI集成电路具有高速、高集成度、低功耗和抗辐照等优点，SOI技术已成为先进硅集成技术的主流技术之一。由于SOI具有易于隔离的特性，使其在功率半导体技术中也有着广泛的应用前景。日本东芝已利用SOI技术研制成功500V/1A的三相DC无刷马达驱动电路并实现量产，SOI高压集成电路已广泛用于等离子体显示平板（PDP）驱动电路和高性能IGBT大功率模块的栅驱动中。

　　BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）技术是指将Bipolar模拟电路、CMOS逻辑电路和DMOS基高压功率器件集成在同一块芯片上的工艺集成技术，BCD已成为功率集成电路的主流工艺技术。

　　BCD技术的众多特殊要求适应了不同的应用需要，产业发展的现状也证明不存在"通用"的BCD技术规范，按照工艺特点，BCD技术可以分为高压BCD、大功率BCD、高集成度BCD等。高压BCD主要用于PDP等要求高耐压（100V以上）但工作电流不大的领域，大功率BCD主要用于自动控制等要求大电流、中等电压（50V左右）的领域，高集成度BCD则主要用于需要与CMOS非易失性存储电路工艺兼容的领域。根据系统应用电压的不同，也可以将基于BCD工艺的功率集成电路分为三类：100V以下，100V-300V及300V以上。100V以下的产品种类最多，应用最广泛，包括DC-DC转换、LCD显示驱动、背光LED显示驱动、PoE、CAN和LIN等。100V-300V的产品主要是PDP显示驱动和电机驱动等。300V以上的产品主要是半桥/全桥驱动、AC/DC电源转换和高压照明LED驱动等。

　　BCD工艺正向高压、高功率、高密度方向发展，2003年意法半导体引入了采用0.18/0.15？m的体硅BCD8工艺；2006年日本Renesas公司报道了0.25？m的SOIBCD工艺；2009年东芝公司推出了60V0.13？m的体硅BCD工艺，可应用于高效DC－DC的电源管理和SoC的单片集成；1200V的BCD技术也已在Fairchild完成。

　　除硅基和SOI功率集成技术在不断发展外，GaN功率集成在近两年也受到国际关注。GaN智能功率技术将实现传统硅功率芯片技术所不能达到的工作安全性、工作速度及高温承受能力。2009年香港科技大学率先报道了单片集成功率晶体管和功率整流器的GaNBoost转换器，并在此基础上开发出GaN智能功率集成技术平台雏形。由于GaN电力电子器件可基于硅衬底进行研制，因此异质集成有可能成为GaN功率半导体的研究热点

　　在国内，在"02专项"的支持下，HHNEC、华润上华、上海宏力和杭州士兰微等单位开展了40V－600V高压BCD工艺技术研发，较好地支撑了国内功率IC的发展，但与FLASH等存储工艺兼容的高密度BCD工艺平台目前尚属空白。

　　四、我国功率半导体产业发展建议

国际著名市场调研公司HISISuppliResearch公司2012年9月给出的全球前10大功率半导体供应商是TI、ST、Infineon、Mitsubishi、Renesas、Toshiba、Maxim、Fairchild、IR和ONSemi，而据IMSResearch公司2012年6月给出的报告，全球前10大功率半导体分立器件和模块供应商是Infineon、Mitsubishi、Toshiba、ST、IR、FujiElectric、Fairchild、Vishay、Renesas和Semikron。这些供应商均是大型