可以這么說(shuō)，在電子或電力系統(tǒng)中器件的發(fā)展或進(jìn)步的基礎(chǔ)是材料。新材料是高性能器件的核心，而目前半導(dǎo)體器件材料發(fā)展的重點(diǎn)是“寬能隙或?qū)捊麕Р牧?rdquo;，后面我們會(huì)接觸到關(guān)于禁帶的物理含義。其中碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）材料比硅（Si）材料有更好的性能，比如在制成的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件方面，碳化硅比硅基材料具有更低的導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)損耗、更高耐熱溫度和更好的導(dǎo)熱性，而半導(dǎo)體器件的發(fā)展主要依托了三代半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)，如下是材料、器件和系統(tǒng)的遞進(jìn)關(guān)系圖，當(dāng)然電力電子系統(tǒng)的構(gòu)成是復(fù)雜的，這里我們只是做一種簡(jiǎn)化遞進(jìn)。

<遞進(jìn)關(guān)系示意圖>

我們分別對(duì)第一代、第二代和第三代半導(dǎo)體材料的器件做一個(gè)簡(jiǎn)述，目的是讓大家清楚它們的應(yīng)用范圍：

第一代以鍺（Ge）和硅（Si）為代表，尤其是硅基（Silicon Based）半導(dǎo)體器件得到了最為廣泛的應(yīng)用，從低壓到高壓、從信號(hào)級(jí)到大容量功率級(jí)、從無(wú)源被動(dòng)器件到有源可控器件無(wú)處不在，而在功率系統(tǒng)中，由于技術(shù)成熟度、成本等因素，硅基器件依然是具有無(wú)可替代的地位，如硅基的二極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等；

第二代以砷化鎵（GaAs）等代表，主要用以發(fā)光半導(dǎo)體器件的制造，例如光耦器件發(fā)光二極管常用的鋁砷化鎵（AlGaAs）和磷砷化鎵（GaAsP）等，這些器件的發(fā)光二極管材質(zhì)在多數(shù)器件手冊(cè)中都有說(shuō)明；

<光耦器件示意圖>

第三代是以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體（Wide Band Semiconductor）材料，它們具有更高的耐溫、更高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)、更高的電子飽和漂移速度等優(yōu)點(diǎn)，目前尤其是以SiC為基礎(chǔ)的功率半導(dǎo)體器件，從二極管到場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用。

從硅基（Silicon Based）到碳化硅基（Silicon Carbide Based）不僅是材料巨大的進(jìn)步，而且在電力電子領(lǐng)域，是電力半導(dǎo)體器件質(zhì)的飛越，改變了器件的構(gòu)成的基礎(chǔ)，使得電力系統(tǒng)更加優(yōu)化，如高頻化帶來(lái)的無(wú)源濾波元件電感器和電容器尺寸的減小，耐高壓帶來(lái)對(duì)系統(tǒng)拓?fù)涞暮?jiǎn)化等。如下是來(lái)自Cree相關(guān)文獻(xiàn)，碳化硅基器件對(duì)硅基器件的拓?fù)渥隽撕?jiǎn)化，使得控制和拓?fù)浜?jiǎn)單化，這樣也提高了系統(tǒng)的可靠性。

<碳化硅器件對(duì)電力電子拓?fù)涞暮?jiǎn)化>