在半导体世界中，有很多产品是专门面向工业应用温度范围的(-40/+85°C)，也有少数产品是面向汽车应用范围(-40/+125°C)。如果要寻找专门为+125°C以上温度，并且质量有相当保证的产品，那是非常困难的。
然而，由于需要高温元器件的应用不断增加，业界对“高温”半导体器件的需求相当大。其中，发展最引人注目的一个行业就是汽车电子，尽管全球经济变幻莫测，汽车电子行业一直保持着相对较快的成长率。
为什么需要高温半导体器件?
目前，汽车和工业环境是最高温度半导体器件的主要应用领域。举例来说，在这些方面，传感器及其电子线路就必须放置在靠近功能模块的地方。这样做的话，就可以限制对高成本和高端布线方案的使用，以避免电磁干扰效应(EMI)的出现。大家知道，线路越长，对EMI控制点及其控制方法的要求就更加敏感，就必须使用能够提供抗干扰的高成本布线方案。将半导体器件放置在紧邻自己所控制的组件的位置，就可以减少对此类配线的需求。
然而，在汽车和工业领域，半导体器件的应用环境可能是非常苛刻的。其中，典型的应用例子就是引擎控制单元(ECU)方面的控制电路。ECU用以监视和优化汽车引擎，它越来越多地应用于温度变化范围极大的引擎区域中。
以下是高温半导体器件的一个典型应用例子。汽车的电子控制模块(包括ECU、引擎冷却风扇、自动变速箱……)在引擎区域内直接调节，并通过热学方法与引擎区冷却水或引擎输油线路连接起来。因此，引擎控制单元电路的正常环境温度范围是+125°C左右。加上半导体器件功耗所引起的散热，ECU的温度会进一步升高10°C左右。这意味着，每一个半导体器件必须承受的环境温度大约为135°C。在这个最高温度之上，还必须加上每个元器件的功耗，从而使半导体器件必须承受的温度最大化。在下面的例子中，标准运算放大器或比较器必须能够承受140°C左右的环境温度。在现代汽车环境中，半导体器件必需能够承受，且必须保证最少能够在140°C的温度环境下操作。
高温半导体面临极大的挑战
在提高工作温度的时候，半导体器件将受到一些物理规律的影响，这些规律可能会修正其固有的性能。随着温度的增加，除了晶体管的增益会下降外，设计者还必须面对一种称为漏电流现象所引起的问题。漏电流现象所导致的问题的严重程度，依赖于器件本身所采用的技术以及设计方案的优化程度，但是，大多数问题通常是由温升引起的。例如，相较矽(Si)技术而言，采用砷化镓(GaAs)技术的半导体器件的漏电流较小，但是矽(Si)器件的应用更加普遍，应用范围更广泛。
半导体器件的基本操作原理是能源管理。在原子量级范围内，电子内有两种不同级别的能量：原子价(valence level)和导体(conduction level)。与此相关的一些技术术语是这样定义的：
·能级(Enegy Level)：在孤立原子中，原子核外的电子按照一定的壳层排列，每一壳层容纳一定数量的电子。每个壳层上的电子具有分立的能量值，也就是电子按能级分布。
·能带(Enegy Band)：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，以硅为例，每立方厘米的体积内有5×1022个原子，原子之间的最短距离为0.235nm。致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，这种现象称为电子的共有化。从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。
·禁带(Forbidden Band)：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。原子壳层中的内层允许带总是被电子先占满，然后再占据能量更高的外面一层的允许带。被电子占满的允许带称为满带，每一个能级上都没有电子的能带称为空带。
·价带(Valence Band)：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。
·导带(Conduction Band)：价带以上能量最低的允许带称为导带。
导带的底能级表示为Ec，价带的顶能级表示为Ev，Ec与Ev之间的能量间隔(band gap)称为禁带，一般以Eg表示。对于不同的材料，禁带宽度不同，导带中电子的数目也不同，从而有不同的导电性。例如，绝缘材料SiO2的Eg约为5.2eV，导带中电子极少，所以导电性不好，电阻率大于1012Ω·cm。半导体Si的Eg约为1.1eV，导带中有一定数目的电子，从而有一定的导电性，电阻率为10-3—1012Ω·cm。金属的导带与价带有一定程度的重合，Eg=0，价电子可以在金属中自由运动，所以导电性好，电阻率为10-6—10-3Ω·cm。
对于矽半导体来说，随着温度的提高，Eg的数值逐渐减小。因此，当温度提高时，电子就更容易从价带传导到导带，这就是我们所说的漏电流。
为了使漏电流现象可视化，下图描述了面向-40°/+85°C工业应用的半导体产品的静态(standby)电流变化与温度之间的关系。可见，低温时，按照其电气规范的要求，静态电流非常低。然而，随着温度的增加，漏电流起主导作用。因为在温度阈值之后，漏电流值以指数形式增加值得注意的是，曲线图中“knee”的位置会随制造工艺的不同而不同。
高温半导体在汽车中的应用
目前，一些主要汽车电子器件厂商正在积极扩展产品线和研究新产品，并且已经将应用范围延伸到了-40°/+150°C范围。这些高温半导体在汽车中的应用主要包括：防锁死之制动传感器、照明系统、引擎控制模块的马达控制、点火控制、线控制动装置(Brake by wire)、电子稳定程序、方向盘控制系统、夜晚识别系统、传输及动力总成(Power-train controls)、方向盘的线控(Steer by wire)等。
