功率半導體裝置和效率

與個人電腦、手機、平板電腦或其他電池供電或低電壓消費性或低功率工業裝置 (如電動手動工具) 中使用的其他類型半導體裝置相比，功率半導體裝置是一種可以處理更高電壓和電流的半導體裝置，更適合用於需要大量功率控制和調節的應用。功率半導體裝置通常被歸類為相關電流為 1 安培或更大的裝置。

功率半導體是一種控制電力流動、調節功率、將功率轉換為不同位準並允許高效切換的裝置，用於電動車、高效能馬達控制、光伏功率轉換系統、工業自動化、電網基礎設施和儲能等許多電子系統。

寬能隙碳化矽 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等新興半導體材料正在徹底改變功率半導體技術。SiC 和 GaN 具有優異的效能，包括更高的崩潰電壓、更快的切換速度、更低的傳導損耗和更好的導熱性。這些材料有助於開發更有效率、更精巧的功率裝置，促進再生能源、電動車和其他高功率應用的進步。

最常見的裝置是矽基絕緣柵雙極電晶體 (IGBT)、寬能隙碳化矽 (SiC) MOSFET 和寬能隙氮化鎵 (GaN) 高電子遷移率電晶體 (HEMT)。這三種電晶體裝置廣泛應用於馬達驅動、再生能源系統和電動車等應用，在這些應用中高功率處理和電壓控制皆十分重要。

傳統的矽功率半導體可能因各種因素而損壞，包括過熱、電壓尖峰、過流以及安裝或操作過程中的不當處理。使用時必須遵循正確的操作條件，並採取適當的保護措施才能防止這些裝置損壞。與傳統矽裝置相比，新型寬能隙 SiC 和 GaN 功率裝置可在更高的溫度、更快的切換速度和更高的電壓下運作，最高可達 6.5kV。

寬能隙功率半導體裝置具有多種優勢，包括更高的效率、更快的切換速度、精巧的尺寸和更好的熱管理。這些功能可提供更好的功率控制、減少能量損失，並增強各種應用中的系統效能，進而提高能源效率和整體可靠性。