功率半導體器件是所有電力電子系統的關鍵部件。據估計，世界上至少有50%的電力是由電力設備控制的。隨著電子產品在消費、工業、醫療和交通部門的廣泛應用，電力設備對經濟產生了重大影響，因為它們決定了系統的成本和效率。自20世紀50年代用固態器件取代真空管以來，半導體功率器件以硅為基礎材料占據了主導地位。雙極功率器件，如雙極晶體管和晶閘管，最早出現于20世紀50年代，隨著人們對工作物理的理解和更先進光刻技術的應用，其功率額定值和開關頻率不斷提高。這些器件的電流傳導和開關速度的物理基礎已經在幾本教科書1'2中描述過。由于晶閘管是為高壓直流輸電和電力機車驅動而開發的，所以重點是提高額定電壓和電流處理能力。利用中子嬗變摻雜產生高阻n型硅的能力，改善了大直徑晶片的均勻性，使晶閘管的阻斷電壓提高到5000伏以上，同時能夠在單個器件中處理2000安培以上的電流。同時，為了提高中功率系統的開關頻率，雙極功率晶體管也得到了發展。不幸的是，當雙極晶體管設計用于高電流密度下的高壓操作時，其電流增益變得很低。采用達林頓結構是解決這一問題的常用方法，其缺點是增加了通態壓降，從而增加了功耗。除了雙極晶體管所需的大控制電流外，它們還遭受二次擊穿故障模式。這些問題導致了緩沖網絡設計的繁瑣，提高了功率控制系統的成本和效率。20世紀70年代，功率MOSFET產品首次由國際整流器公司引進。盡管功率MOSFET最初因其高輸入阻抗和快速開關速度而被譽為所有雙極功率器件的替代品，但它成功地壟斷了低壓（<100v）和高開關速度（>100khz）應用的市場，但未能在高壓領域取得重大進展。這是因為功率mosfet的導通電阻隨擊穿電壓的增加而迅速增大。由此產生的高傳導損耗，即使使用更大更昂貴的模具，也會降低整個系統的效率。為了認識到這些問題，我在1979年提出了兩個新的動力裝置領域的推動。第一種是基于MOS和雙極器件物理的結合，創造了一種新的功率器件3。我在MOS雙極器件中最成功的創新是絕緣柵雙極晶體管（IGBT），在20世紀80年代初商業化引入后不久，IGBT就被用于所有的中功率電子器件應用。如今，它是由全球十幾家公司為消費者、工業、醫療和其他有益于社會的應用而制造的。IGBT的成功與其巨大的功率增益、高輸入阻抗、寬的安全工作區以及可根據其工作頻率為應用量身定制的開關速度有關。我在20世紀80年代早期提出的提高功率器件性能的第二種方法是用寬帶隙半導體代替硅。這種方法的基礎是我導出的一個方程，它將單極功率器件中漂移區的導通電阻與半導體材料的基本性質聯系起來。這個方程后來被稱為Baliga優值圖（BFOM），除了具有更高載流子遷移率的態電阻的預期降低外，該方程還預測導通電阻的降低與半導體材料擊穿電場強度的立方成反比。上世紀70年代，人們對半導體的碰撞電離系數知之甚少。因此，擊穿電場強度與半導體4的能帶隙有關，從而得出結論：寬帶隙半導體為大幅度降低功率器件漂移區的導通電阻提供了機會。