功率器件 (Power Devices) 通常也稱為電力電子器件，是專門用來進行功率處理的半導體器件。功率器件具有承受高電壓、通過大電流的能力，處理電壓的范圍可以從幾十伏到幾千伏，通過電流的能力最高可達幾千安。功率器件大量應用于高壓電傳輸，如變電站、儲能設備，以及功率電子設備，如伺服驅動、變頻器、電機保護器等。在這些應用里，系統依賴功率器件實現變壓、變頻、功率管理等各種功能。

常見的功率器件有大功率晶體管 (Power MOSFET)、晶閘管 (Thyristor)雙向 (Triode for Alternating Current，TRIAC) 晶閘管、柵極關斷 ( Gate Turn-Off，GTO) 晶閘管、絕緣柵雙極晶體管 (Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、集成柵極換流晶閘管 (Integrated Gate Commutated Thyristor，IGCT)、發射極關斷(Emitter Turn-0ff，ETO) 晶閘管、MOS 門控晶閘管 (MOS Controlled Thyristor，MCT)。早期的功率器件主要為大功率二極管、晶閘管等，應用也通常僅限于工業和電力系統。后來隨著功率金屬-氧化物-半導體場效應管器件和各種新型功率器件如 IGBT 的快速發展，功率器件的應用變得越來越廣泛。

功率器件的分類有下列幾種方法。

根據開關特性的不同，功率器件可分為兩種。①半控型器件:器件的柵極(早期也稱門極)信號只能控制器件導通但不能控制器件關斷，如 SCR。②全控性器件: 器件的柵極信號既能控制器件導通又能控制器件關斷，如三極管、IGBT、IGCT、ETO 晶閘管、MCT、GTO 晶閘管等。

功率器件的控制極有柵極、基極等不同類型，因此根據控制極信號類型的不同，功率器件可分為兩種。①電流控制型器件: 控制極的控制信號是電流的流入或流出，如 SCR。②電壓控制型器件: 控制極的控制信號是電壓，控制極損耗的電流很小，如 IGBT。

根據導電載流子的不同，功率器件可分為三種。①單極器件: 只有一種載流子參與導電，如 MOSFET。②雙極器件: 由電子和空穴共同參與導電，如BJT。③混合型器件:由單極器件和雙極器件組合而成的器件，如 IGBT。

從技術上講，功率器件正向著提高快速恢復性能、降低導通電阻、提高電流控制能力、提高額定耐壓、提高耐溫與降低功耗等方向發展。

隨著硅基功率器件和工藝的漸漸成熟，其性能已逐步逼近材料極限，要取得突破性的進展就需要采用具有更高性能極限的材料。而寬禁帶半導體材料，如氮化鎵 (GaN)、碳化硅 (SiC) 等，具有臨界擊穿電場強度高、電子飽和速率高、耐高溫、抗輻射等優勢，使用寬禁帶半導體材料制作的功率器件也已進入商用市場，而系統設計者對寬禁帶半導體產品的使用程度將決定市場成長的速度。

GaN 在功率半導體領域以功率放大、整流和高頻切換等應用為主，在 300V~1kV的中壓電力電子市場成長快速。此外，節能產業對高效率中高壓變頻器的需求也會加速 GaN 功率半導體市場的成長。采用 MOCVD 方法在藍寶石基板上生長 GaN 薄膜的技術在LED 產業已十分成熟，故在新興的電力電子市場，發展以 MOCVD 在大尺寸的 Si 基板上形成 GaN-on-Si 結構來制作功率器件的技術極具產業化潛力。

SiC 的阻斷電壓遠比 GaN、功率 MOS 管及硅 IGBT 要高，適合用在高于 1kV的高壓及大電流的電力電子領域，主要市場以鐵路交通和高壓電網等為主，但穩定性及較長的生命期是主要需要考慮的因素。此外，美國 Cree 公司也已量產GaN-on-SiC 結構的微波器件。

審核編輯：湯梓紅