功率半导体是半导体大家族中一类特殊的组成部分，是电子电力设备中电能转换与电路控制的核心，一般起到功率转换（直流转交流，交流转直流）、功率放大、功率开关、线路保护以及整流等作用，广泛应用于移动通讯、消费电子、新能源汽车、轨道交通、工业控制、发电及配电等领域，适用功率范围从数瓦到数G瓦。

        尽管功率半导体种类繁多，应用领域多样，但本质上，均是利用半导体的单向导电性实现电路开关及电力转化。一般按照功率半导体的集成度，将功率半导体分为半导体分立器件及功率IC(功率集成电路)两大类。此外，业界也有依据功率半导体控制类型、材料类型以及驱动方式的不同对功率半导体进行分类的做法。在上面几种分类方法中，材料类型的分类基本上也代表了功率半导体的发展历程。

   图 1  功率半导体类别及在半导体中的范围，资料来源：华润微招股说明书等。

                           图 2   功率半导体下游应用领域示意图，图片来源：邵方格.SiC GTO器件的驱动设计与优化.浙江大学,2023.

      自上世纪中叶以来，硅作为重要的半导体材料，逐渐取代最初的锗，广泛应用于集成电路制造。同样，硅也作为第一代功率半导体，广泛用于工业生产及人民生活中，是目前最成熟的一类功率半导体。但在日常使用过程中，人们也发现了硅基功率元器件的诸多缺点，比如抗压能力不足，高电压下易被击穿失效；自身阻抗较大，功率转换过程自身能耗高，发热大；不耐高温等。特别是在高功率、高电压、高频率等领域的应用上，硅基功率元器件的性能逐渐捉襟见肘。以砷化镓为代表的第二代半导体虽然解决了高频率下的应用难题，使得射频、激光通讯、微波等领域的功率控制问题得到解决，但第二代半导体自身耐高温性能甚至比硅还差，无法应用于新能源汽车、风光电等高功率、高压领域。因此新型宽禁带半导体材料碳化硅与氮化镓逐渐引起了重视，与目前通用的硅基第一代功率半导体相比，这类宽禁带半导体具有更高的耐压、耐温、高频、高效等优点，称之为第三代半导体。从图三可知，氮化镓可应用在较高的开关频率的低功率应用场景，比如消费电子品的充电器，通过高频率的功率输送，将电能分解为极小的份数输送，从而大大减小了充电器中变压器的体积，保障充电功率的同时大幅减小了充电器体积，降低了自身损耗，提高了电能的利用效率。而碳化硅由于耐压较高，一般可耐受1200V电压，载流能力高，因此特别适合于高压高功率场景，比如电动车功率模块，大功率充电桩以及风光电的储能等方向，未来应用场景广阔。

图 3 不同半导体材料功率器件功率等级以及开关频率应用工况，图片来源：付亿元.基于第三代半导体的大功率高功率密度开关电源关键技术研究.华中科技大学。