近年来，作为一种新型的宽禁带半导体材料，碳化硅因其出色的物理及电特性，越来越受到产业界的广泛关注。碳化硅电力电子器件的重要系统优势在于具有高压(达数十kV)高温(大于500.℃)特性，突破了硅基功率半导体器件电压(数kV)和温度(小于150.℃)限制所导致的严重系统局限性。随着碳化硅材料技术的进步，各种碳化硅电力电子器件被研发出来，由于受成本、产量以及可靠性的影响，碳化硅电力电子器件率先在低压领域实现了产业化，目前的商业产品电压等级在600~1.700.V。随着技术的进步，高压碳化硅器件已经问世，并持续在替代传统硅器件的道路上取得进步。随着高压碳化硅电力电子器件的发展，已经研发出了19.5.kV的碳化硅二极管，3.1.kV和4.5.kV的门极可关断晶闸管(GTO)，10.kV的碳化硅MOSFET[13]和13~15.kV碳化硅IGBT等。

　　碳化硅器件已经在诸如高电压整流器以及射频功率放大器等领域有了商业应用。它们的研发成功以及未来可能的产业化，将在高压领域开辟全新的应用。在过去的15年中，碳化硅器件在材料和器件质量方面均取得了令未来应用市场瞩目的飞速发展。然而，目前碳化硅晶体缺陷和碳化硅晶片的高昂成本是其在电力电子器件上应用的一个主要制约因素，要生产电流和电压范围适用于中压驱动应用场合的器件的碳化硅材料和器件目前还相当困难。尽管如此，碳化硅还是将来代替硅材料的最有前途的材料。

　　如前所述，SiC具有高的击穿电场强度，因此，即使在比Si或GaAs更加薄(约为它们的1/10)的漂移层，SiC也能承受较高的电压，因而具有较低的导通电阻。SiC肖特基二极管已接近于4H-SiC单极性器件的极限，耐压已到达600.V，目前这类产品正被Infineon和Cree等公司投入商业生产。SiC肖特基二极管能有效避免反向恢复问题，从而降低了二极管的开关功率损耗，使得该器件能应用在开关频率较高的电路中。

　　在600~3.300.V阻断电压范围，SiC结势垒肖特基二极管(JBS)是较好的选择。JBS二极管结合了肖特基二极管所拥有的出色的开关特性和PN结二极管所拥有的低漏电流的特点。但是，SiCJBS二极管的处理工艺技术比SiC肖特基二极管要更加复杂。PN结二极管在3~4.kV以上的电压范围具有优势，由于内部的电导调制作用而呈现出较低的导通电阻。Cree公司曾报道过一种在电流密度为100.A/cm2，阻断电压为19.5.kV的PN结二极管，其正向压降仅为4.9.V，这显然都得益于电导调制作用。这种甚高压二极管在诸如高直流电压输电表2SiC二极管的通态电阻及阻断电压Tab.2On-stateresistanceandblockingvoltageofrecentSiCdiode器件UBD/kVRon/(m..cm2)(UB2D/Ron)/(MW/cm2)肖特基势垒二极管4.943.0.558；结型势垒二极管2.88.0.9804.542.0.482P；IN二极管19.565.05.8502.98.01.051；肖特基势垒二极管10.097.51.0254.29.11.938；结型势垒二极管1.03.0.333；阻断电压UBD/VRon/(m..cm2)100101103102103104；雪崩二极管；肖特基二极管；结型二极管。硅的极限6H型碳化硅极限4H型碳化硅极限。

　　然而，甚高压二极管一般主要应用于电流在100.A以上的情况。这就要求芯片面积在1.cm2等级范围内，考虑到SiC晶片衬底存在的诸如微管、螺旋、边缘位错和低角度晶界等晶体缺陷问题，此类甚高压二极管的商业化生产必需解决了前述这些晶体缺陷问题后才有可能。

　　1.8氮化镓(GaN)电力电子器件

　　关于不同半导体材料的各种优良指数比较表明，GaN与SiC一样，与硅材料相比具有许多优良特性，但是由于它最初必须用蓝宝石或SiC晶片作衬底材料制备，限制了其快速发展。后来，它在LED照明应用市场的有力推动下，GaN异质结外延工艺技术的发展产生了质的飞跃，2012年GaN-on-Si外延片问世，为GaN材料及器件大幅度降低成本开辟了广阔的道路，随之GaN电力电子器件也得到业界热捧。

　　1.9关于现代电力电子器件发展趋势的几点看法

　　以硅晶闸管为代表的半控型器件已达到7...107.W/9.000.V的水平，各种类型的晶闸管已经广泛、成功地用于许多传统晶闸管应用及高压直流输电和无功补偿等领域。虽然它受到了全控器件应用的冲击，但由于它技术的成熟性和价格优势，今后仍旧有较好的市场前景，特别在高电压、大电流应用场合还会得到继续发展。以功率MOSFET、IGBT和GTO(包括IGCT)为代表的全控器件也发展到了十分高的水平。当前，硅基电力电子器件的水平已基本上稳定在109~1010.W.Hz左右，逼近了由于寄生二极管制约而能达到的Si材料极限。它们的飞速发展使当今无论高技术应用领域，还是传统产业，特别是一些重大工程(三峡、特高压、高铁、西气东输等)，乃至照明、家电等量大面广的与人民日常生活密切相关的应用领域，电力电子产品已经无所不在，电力电子已经成为国民经济的重要基础技术，是现代科学、工业和国防的重要支撑技术。这些硅基全控型电力电子器件本身的技术、制造工艺虽然发展空间已经不太大了，可是它们的待开发的应用空间仍旧十分广阔，应用市场前景无限好。

　　SiC和GaN宽禁带电力电子器件代表着电力电子器件领域发展方向，材料和工艺都存在许多问题有待解决，即使这些问题都得到解决，它们的价格肯定还是比硅基贵。由于它们的优异特性可能主要用于中高端应用，与硅全控器件不可能全部取代硅半控器件一样，SiC和GaN宽禁带电力电子器件在将来也不太可能全面取代硅功率MOSFET、IGBT和GTO(包括IGCT)。从长远看，有可能形成如下一种格局：SiC电力电子器件将主要用于1.200.V以上的高压工业应用领域；预计到2019年，硅基GaN的价格可能下降到可与硅材料相比拟的水平，GaN电力电子器件将主要用于900.V以下的消费电子、计算机/服务器电源应用领域。

　　2、关于一些电力电子应用热点的探讨

　　如前所述，电力电子器件及其应用装置已日益广泛地应用和渗透到能源、交通运输、环境、先进装备制造、激光、航空航天及航母、舰船、坦克、第五代战机、激光炮、电磁炮等现代化国防武器装第29期钱照明等：电力电子器件及其应用的现状和发展备诸多重要领域，它们涉及到许多电力电子共性基础技术和形形色色电力电子装置和应用系统，本文限于篇幅对各种应用不作详细展开，仅对当前一些电力电子应用热点进行探讨。

　　2.1风力发电

　　风能是世界各国能源中增长最快的一种。截至2012年底，全球风力发电装机容量已达282.43.GW，其中，中国、美国、德国位居世界前3名，德国提出2020年可再生能源发电占到电力消费35%，其中50%来自风电。

　　《2012年中国风电装机容量统计》报告表明，2012年，中国(不包括台湾地区)累计装机容量75.3.GW。尽管受到中国风电产业调整政策的影响，中国风电市场的年增长率将经历一个相对减慢的时期，但是预计2015年累计装机容量仍将达到134.GW，2020年达到230.GW，2030年接近500.GW，届时将首次超过经合组织欧洲397.GW的规模，仅次于经合组织北美地区666.GW的预期。全球海上累计装机容量约5.41.GW，截至2012年底，英国海上累计装机容量达29.5.GW，位居世界第一位[21]，截至2010年底，我国海上风电装机容量仅为142.5.MW，在2010年全球海上风电装机总量中占4%左右。风电的装机成本也逐年下降，它是当前唯一在发电装机成本上可能与火力发电相媲美的一种新能源发电，目前风力发电和电网兼容的问题受到了业界极大的关注，一方面，风力发电不能适应较大的电网电压和频率暂态变化，同样风力发电的不稳定性对电网也会造成冲击。另外，在世界范围内大规模开发应用风能的今天，如何合理评估风力发电对生态的影响并加以开发利用，也显得日益重要。风是由于地球表面气流的运动形成的，如果人们大规模地、不合理地乱设风场、滥用风能，有可能使地球表面的气流发生人们预想不到的改变，可能使人们赖以生存的气候和生态环境产生灾难性的后果。因此，大规模风场的设立和风能利用应当有环境、气象科研部门的积极参与和经过认真的科学论证，如果能将风电开发利用和改造人居环境密切结合将是最理想的做法。

　　2.2太阳能光伏发电