功率半導體器件是電力電子技術及其應用裝置的基礎，一代器件帶動一代整機，即功率半導體器件一直是推動電力電子變換器發(fā)展的主要源泉，一代新型器件的出現(xiàn)，總是帶來一場變換器的革命。因為功率半導體器件處于現(xiàn)代電力電子變換器的心臟地位，它對裝置的可靠性、成本和性能起著十分重要的作用。要想了解功率半導體器件的特性，首先需要了解功率半導體器件的物理基礎，理解半導體材料與導體、絕緣體材料的區(qū)別。

眾所周知,目前所用的功率半導體器件絕大多數(shù)都是用半導體材料制造的。而半導體本身并沒有明確的物理或者數(shù)學定義，一般認為，自然界物質有氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)和等離子態(tài)等幾種存在形式，在這里僅以固態(tài)范疇來討論導體、半導體和絕緣體。

一般情況下，人們顧名思義地用電導率或者電阻率的高低來區(qū)分導體、半導體和絕緣體，認為電導率或者電阻率處于導體和絕緣體之間的是半導體，這也可以解釋半導體（Semiconductor）的由來。一般將電阻率介于10^-6~10⁸Ω.m的材料稱作半導體，見圖1-1所示。對于三者界限的數(shù)值并沒有準確的說法，在一些文獻中，還采用了金屬、半金屬、半導體、半絕緣體和絕緣體的細致劃分方法。

眾所周知，銅、鋁、銀等金屬材料能非常容易的傳導電流，都是非常好的導體；而橡膠、陶瓷、塑料等材料幾乎不導電，是非常好的絕緣體；而硅、碳化硅等是用于功率半導體器件制造的半導體材料。為了有更直觀的概念，表1-1中給出了部分金屬導體、絕緣體和硅半導體的電阻率特性。從表中可以看出，一般結構完整且不包含雜質，或雜質濃度極低的結晶態(tài)半導體，以及大多數(shù)未摻雜的非晶態(tài)半導體，也具有跟絕緣體不相上下的高電阻率；而當它們含有足夠高濃度的某些特殊雜質時，其電阻率又會下降到金屬的電阻率范疇，甚至比某些導電性能欠佳的金屬的電阻率還低，這是半導體特性之一。

此外，半導體的導電能力還與某些外部條件有關。與金屬和絕緣體相比，半導體電阻率對環(huán)境溫度、光照、乃至磁場和電場等外加條件的敏感性要強得多。在實際應用中，利用半導體電阻率隨溫度或者光照的變化而變化這一特點，可以制造熱敏或者光敏電阻；利用半導體內摻入一些雜質，就能改變半導體的導電能力和導電類型，這是今天可以用來制造各種半導體器件和集成電路的依據(jù)。從本質上來說，半導體是導電性明顯取絕于材料的內外狀態(tài)而可以靈活改變的一類特殊物質。正是利用這樣一種靈活多變的特點，半導體才能用來制造像晶體管、晶閘管那樣的器件，而導電性難以明顯改變的金屬和絕緣體卻不能。在這一材料特性賦予半導體器件各種功能特性的同時，也賦予半導體器件一些不可忽視的應用特性，比如器件對工作溫度的依賴性。

做一個簡單的歸納，半導體大致有這樣一些獨特的性質，它們的應用無不跟這些性質有關。

1）一般來說，半導體的電阻溫度系數(shù)比金屬大得多，即半導體的阻值更容易隨溫度的變化而變化；

2）在半導體中參與電流的載流子有兩種，即空穴和電子，而在金屬中輸運電流的載流子只有電子；

3）半導體的電阻率對摻入雜質及其敏感，一般只需要極少量的雜質就能顯著地改變其電阻率。比如，半導體材料鍺的純度達到10⁹個鍺原子中的雜質原子不超過1個，此時其室溫下的電阻率為0.45Ω.m，如果在這樣純的鍺中摻入銻，摻到每2×10⁶個鍺原子中有一個銻原子的程度，則室溫下電阻率下降為

9×10^-4Ω.m，僅為原來的1/500,導電能力大大提高；

4）半導體材料具有光敏性，而金屬一般不具有；

5）當不同半導體材料一起工作，一般具有不對稱和非線性導電性，而金屬材料一般不具有。

半導體的上述特性都和半導體中的電子能量狀態(tài)有關，電子的能量狀態(tài)將直接決定半導體材料的性能。

參考文獻

【1】 袁立強, 趙爭鳴, 宋高升，王正元.《電力半導體器件原理與應用》.北京:機械工業(yè)出版社,2011.