功率半導(dǎo)體是電子裝置電能轉(zhuǎn)換與電路控制的**，本質(zhì)上，是通過利用半導(dǎo)體的單向?qū)щ娦詫?shí)現(xiàn)電源開關(guān)和電力轉(zhuǎn)換的功能。無論是水電、核電、火電還是風(fēng)電，甚至各種電池提供的化學(xué)電能，大部分均無法直接使用，75%以上的電能應(yīng)用需由功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行功率變換以后才能供設(shè)備使用。

一、 功率半導(dǎo)體分類

      功率半導(dǎo)體主要分為功率器件、功率IC，其**率器件經(jīng)歷了近70年的發(fā)展歷程：20世紀(jì)40年代，功率器件以二極管為主，主要產(chǎn)品是肖特基二極管、快恢復(fù)二極管等；50-70年代，以晶閘管為主；近20年來，因應(yīng)用領(lǐng)域?qū)β势骷碾妷汉皖l率要求越來越嚴(yán)格，MOSFET和IGBT逐漸成為主流，多個IGBT可以集成為IPM模塊，用于大電流和大電壓的環(huán)境。

      根據(jù)功率半導(dǎo)體的可控性可以將功率半導(dǎo)體分為三類：

      **類是不可控型功率器件，主要是功率二極管。功率二極管一般為兩端器件，其中一端為陰極，另一端為陽極，二極管的開關(guān)操作完全取決于施加在陰極和陽極的電壓，正向?qū)ǎ聪蜃钄?，電流的方向也是單向的，只能正向通過。二極管的開通和關(guān)斷都不能通過器件本身進(jìn)行控制，因此將這類器件稱為不可控器件。

      第二類是半控型功率器件，半控型器件主要是晶閘管（SCR）及其派生器件，如雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管等。這類器件一般是三端器件，除陽極和陰極外，還增加了一個控制用門極。半控型器件也具有單向?qū)щ娦裕溟_通不僅需在陽極和陰極間施加正向電壓，還必須在門極和陰極間輸入正向可控功率。這類器件一旦開通就無法通過門極控制關(guān)斷，只能從外部改變加在陽、陰極間的電壓極性或強(qiáng)制陽極電流變?yōu)榱?，因此被稱之為半控型器件。

      第三類是全控型器件，以IGBT和MOSFET等器件為主。這類器件也是帶有控制端的三端器件，其控制端不僅可以控制開通，也能控制關(guān)斷，因此稱之為全控型器件。

二、功率半導(dǎo)體市場規(guī)模

      功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域非常**，預(yù)計(jì)到2022年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模達(dá)到426億美元。其中，汽車、工業(yè)和消費(fèi)電子是功率半導(dǎo)體的**大終端市場。隨著對節(jié)能減排的需求日益迫切，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域和4C領(lǐng)域逐步進(jìn)入新能源、智能電網(wǎng)、軌道交通、變頻家電等市場。

三、功率半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域

（一）新能源汽車

      汽車中使用*多的半導(dǎo)體分別是傳感器、MCU和功率半導(dǎo)體。其中MCU占比**，其次是功率半導(dǎo)體，功率半導(dǎo)體主要運(yùn)用在動力控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、燃油噴射、底盤安全系統(tǒng)中。傳統(tǒng)汽車***率半導(dǎo)體主要應(yīng)用于啟動、發(fā)電和安全領(lǐng)域，新能源汽車普遍采用高壓電路，當(dāng)電池輸出高壓時，需要頻繁進(jìn)行電壓變化，對電壓轉(zhuǎn)換電路需求提升，此外還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等，這些對IGBT、MOSFET、二極管等半導(dǎo)體器件的需求量很大。

（二）5G通訊

      5G基站采用MassiveMIMO技術(shù)，在提高系統(tǒng)信道容量的同時，帶來5G基站功耗的增加。未來智庫數(shù)據(jù)顯示，5G基站電力功耗為4G的兩倍，降耗需求增加了對包括MOSFET、IGBT等在內(nèi)的低損耗、高熱穩(wěn)定性器件的功率器件的需求。

（三）工業(yè)控制

      工業(yè)領(lǐng)域是功率半導(dǎo)體僅次于汽車的第二大需求市場，數(shù)控機(jī)床、牽引機(jī)等電機(jī)對功率半導(dǎo)體需求很大，主要使用的功率半導(dǎo)體是IGBT。隨著《中國制造2025》和“工業(yè)4.0”不斷推進(jìn)，工業(yè)的生產(chǎn)制造、倉儲、物流等流程改造對電機(jī)需求不斷擴(kuò)大，工業(yè)功率半導(dǎo)體需求增加。

（四）光伏

      光伏電網(wǎng)需要使用大量的光伏二極管，按常規(guī)配置，1MW的光伏組件約需接線盒2500只，每只接線盒平均需要4只光伏二極管，1MW的光伏組件共需要10000只光伏二極管。同時，用電過程也需要使用變壓器對電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變壓器的**器件也是IGBT，智能電網(wǎng)對功率半導(dǎo)體需求非常大。配套的智能電表也需要使用功率半導(dǎo)體，智能電表需要使用二極管和橋式整流器來實(shí)現(xiàn)電路數(shù)據(jù)處理，一般情況下需要使用1-2只整流器，9-13只二極管。

四、功率半導(dǎo)體競爭格局

      功率半導(dǎo)體行業(yè)集中度較高，歐美廠商占據(jù)**梯隊(duì)，國產(chǎn)廠商日漸崛起。目前功率半導(dǎo)體廠商可以分為三個梯隊(duì)，**梯隊(duì)是英飛凌、安森美等歐美廠商為主，第二梯隊(duì)以三菱電機(jī)、富士電機(jī)等日本廠商為主，第三梯隊(duì)以斯達(dá)半導(dǎo)、捷捷微電、新潔能、聞泰科技（安世半導(dǎo)體）等中國廠商為主。

      另外國內(nèi)功率半導(dǎo)體市場呈供需嚴(yán)重不匹配的格局。從供給端來看，大陸廠商市場份額約10%。歐美日廠商占據(jù)全球功率半導(dǎo)體70%的市場份額，在IGBT和中高壓MOSFET細(xì)分領(lǐng)域市場份額超八成。大陸以二極管、低壓MOSFET、晶閘管等低端功率半導(dǎo)體為主，目前實(shí)力較弱，占據(jù)全球10%的市場份額。從需求端來看，中國是全球**的功率器件市場，占據(jù)全球39%市場份額。

五、功率半導(dǎo)體發(fā)展趨勢

      功率半導(dǎo)體逐步從硅基材料向化合物材料迭代。化合物半導(dǎo)體材料是由兩種或兩種以上元素以確定的原子配比形成的化合物，具有確定的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu)等半導(dǎo)體性質(zhì)，其發(fā)展歷程共經(jīng)歷了三代。

      **代半導(dǎo)體材料是鍺和硅，20世紀(jì)50年代半導(dǎo)體材料以鍺為主，鍺可用于低壓、低頻、**率晶體管及光探測電路中，缺點(diǎn)是耐輻射和耐高溫性能很差。20世紀(jì)60年代，硅取代鍺成為新的半導(dǎo)體材料，硅絕緣性好，提純簡單，至今仍然是應(yīng)用*多的半導(dǎo)體材料，主要用于分立器件和芯片制造，在信息技術(shù)、航空航天、****、硅光伏等領(lǐng)域應(yīng)用極其**。

      第二代半導(dǎo)體材料以砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）為**。人類對數(shù)據(jù)的傳輸速度要求越來越高，硅的傳輸速度慢，化合物半導(dǎo)體應(yīng)運(yùn)而生。化合物半導(dǎo)體砷化鎵和磷化銦主要用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件，也是制作高性能微波、毫米波器件的優(yōu)良材料，**應(yīng)用在微波通信、光通信、衛(wèi)星通信、光電器件、激光器和衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域。

      第三代半導(dǎo)體材料又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料，主要包括碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、砷化鎵（GaAs）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）等，其中碳化硅和氮化鎵比較成熟。與第二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料的優(yōu)點(diǎn)是禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、抗輻射能力強(qiáng)、發(fā)光效率高、頻率高，**用于制作高溫、高頻、大功率和抗輻射電子器件，應(yīng)用于半導(dǎo)體照明、5G通信、衛(wèi)星通信、光通信、電力電子、航空航天等領(lǐng)域。

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