1.3 功率半导体发展简史
20世纪50年代，电力电子器件主要是汞弧闸流管和大功率电子管。60年代发展起来的晶闸管，因其工作可靠、寿命长、体积小、开关速度快，在电力电子电路中得到广泛应用。70年代初期，晶闸管已逐步取代了汞弧闸流管。80年代，普通晶闸管的开关电流已达数千安，能承受的正、反向工作电压达数千伏。在此基础上，为适应电力电子技术发展的需要，又开发出门极关断晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等一系列派生器件，以及单极型MOS场效应晶体管、双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件。
各种电力电子器件均具有导通和阻断两种工作特性。功率二极管是二端（阴极和阳极）器件，其器件电流由伏安特性决定，除了改变加在二端之间的电压外，无法控制其导通电流，故称不可控器件。普通晶闸管是三端器件，其门极信号能控制元件的导通，但不能控制其关断，故称半控型器件。可关断晶闸管、功率晶体管等器件，其门极信号既能控制器件的导通，又能控制器件的关断，故称全控型器件。后两类器件控制灵活、电路简单、开关速度快，广泛应用于整流、逆变、斩波电路中，是电动机调速、发电机励磁、感应加热、电镀、电解电源、直接输变电等电力电子装置中的核心部件。由这些器件构成的装置不仅体积小、工作可靠，而且节能效果十分明显（一般可节电10%～40%）。单个电力电子器件能承受的正、反向电压是一定的，能通过的电流大小也是一定的。因此，由单个电力电子器件组成的电力电子装置容量受到限制。所以，在实用中多用几个电力电子器件串联或并联形成组件，其耐压和通流的能力可以成倍地提高，从而可以极大地增加电力电子装置的容量。器件串联时，希望各元件能分担同样的电流；器件并联时，则希望各元件能承受同样的正、反向电压。但由于器件的个体差异，串、并联时，各器件并不能完全均匀地分担电压和电流。所以，在电力电子器件串联时，要采取均流措施；在并联时，要采取均压措施。电力电子器件工作时，会因功率损耗引起器件发热、升温。器件温度过高将缩短寿命，甚至烧毁，这是限制电力电子器件电流、电压容量的主要原因。为此，必须考虑器件的冷却问题。而封装提供了器件的散热通道，优秀的散热设计可以大幅提高器件的工作性能。散热冷却是封装要解决的主要问题，常用冷却方式有自冷式、风冷式、液冷式（包括油冷式、水冷式）和蒸发冷却式等。
按照电力电子器件能够被控制电路的信号所控制的程度分类：
1）半控型器件，例如晶闸管；
2）全控型器件，例如GTO（门极关断）晶闸管、GTR（电力晶体管），MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）；
3）不可控器件，例如电力二极管。
按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质分类：
1）电压驱动型器件，例如IGBT、MOSFET、SITH（静电感应晶闸管）；
2）电流驱动型器件，例如晶闸管、门极关断晶闸管、GTR。
按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号波形分类：
1）脉冲触发型，例如晶闸管、门极关断晶闸管；
2）电子控制型，例如GTR、MOSFET、IGBT。
按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分类：
1）双极型器件，例如电力二极管、晶闸管、门极关断晶闸管、GTR；
2）单极型器件，例如MOSFET、SIT；
3）复合型器件，例如MCT（MOS控制晶闸管）和IGBT。
各种功率器件的优缺点如下：
电力二极管：结构和原理简单，工作可靠；
晶闸管：能够承受的电压和电流容量在所有器件中最高；
MOSFET：优点是开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题；缺点是电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。制约因素：耐压，电流容量，开关的速度；
IGBT：优点是开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小；缺点是开关速度低于MOSFET，电压、电流容量不及门极关断晶闸管；
GTR：优点是耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低；缺点是开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题；
门极关断晶闸管：优点是电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强；缺点是电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低。
图1-3给出了传统硅基功率器件的应用范围。
图1-3 传统硅基功率器件应用范围（来源Yole development）
此外，近年来，以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）材料为代表的第三代宽禁带半导体器件已成为功率半导体领域中未来的发展方向，它们的主要优势是可以做到高温、高频、高效、大功率和抗辐射能力强，目前是功率半导体领域的一个重点投资方向。