碳化硅正被用于多種電力應(yīng)用。ROHM 與意法半導(dǎo)體之間的協(xié)議將增加其在行業(yè)中的廣泛采用。

汽車(chē)和工業(yè)市場(chǎng)都在加速采用SiC 材料的能源解決方案。制造碳化硅 (SiC) 晶圓的過(guò)程比制造硅晶圓要復(fù)雜得多，而且隨著對(duì) SiC 器件的需求不斷增加，制造它們的公司必須確定 SiC 晶圓的來(lái)源。

例如，羅姆和意法半導(dǎo)體最近簽署了一項(xiàng)多年協(xié)議，根據(jù)該協(xié)議，SiCrystal（羅姆集團(tuán)的一部分）將向意法半導(dǎo)體提供價(jià)值超過(guò) 1.2 億美元的 150 毫米 SiC 晶圓。SiCrystal 將為意法半導(dǎo)體提供單晶碳化硅晶圓襯底（圖 1）。

為什么這個(gè)這么重要？因?yàn)?SiC 的特性特別適用于電動(dòng)汽車(chē)、快速充電站、可再生能源和各種工業(yè)應(yīng)用中使用的各種功率元件和設(shè)備。

圖 1：碳化硅晶圓（圖片：意法半導(dǎo)體）

碳化硅在能源方面具有許多優(yōu)勢(shì)，這就是為什么它與它的表親 GaN 一樣，一直是并將成為新電力電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)注焦點(diǎn)。

它們是主要的寬帶隙（WBG）半導(dǎo)體材料。SiC 可以承受更高的電壓，比典型的硅高 10 倍。這意味著在高壓電子應(yīng)用中使用的串聯(lián)組件更少，從而降低了復(fù)雜性和系統(tǒng)成本。

SiC（肖特基勢(shì)壘二極管 (SBD) 已經(jīng)在半導(dǎo)體行業(yè)中取代硅。GaN 可能成為特定市場(chǎng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。采用 SBD 的逆變器顯著降低了恢復(fù)損耗，從而提高了效率。電源設(shè)計(jì)必須牢記幾個(gè)要求，包括空間和重量，這與效率一起發(fā)揮著重要作用。

SiC SBD 越來(lái)越多地應(yīng)用于開(kāi)關(guān)模式電源中的功率因數(shù)校正 (PFC) 電路和次級(jí)側(cè)橋式整流器。ROHM SiC SBD 產(chǎn)品組合包括 600-V 和 1,200-V 模塊，電流額定值范圍為 5 A 至 40 A。

傳統(tǒng)電力電子設(shè)備的效率沒(méi)有充分利用半導(dǎo)體的全部質(zhì)量，以熱量的形式損失了大約 15% 的效率。由于其物理特性，SiC 半導(dǎo)體材料具有滿足這些市場(chǎng)趨勢(shì)要求的巨大潛力。較低的損耗對(duì)應(yīng)于較低的熱量產(chǎn)生，這反映在更直接、更便宜、更小和更輕的冷卻系統(tǒng)中，因此更高的功率密度。低開(kāi)關(guān)損耗允許提高開(kāi)關(guān)頻率并減小組件尺寸。尺寸的減小或多或少與頻率的增加成正比。

SiCrystal GmbH 全球銷(xiāo)售和營(yíng)銷(xiāo)負(fù)責(zé)人 Markus Kr?mer 表示：“基于電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用場(chǎng)景，汽車(chē)制造商對(duì)電力電子系統(tǒng)提出了各種要求。其中包括對(duì)溫度變化的抵抗力、抗振性、不同溫度下的操作可靠性以及長(zhǎng)壽命。

“此外，集成系統(tǒng)對(duì)高功率密度的要求已經(jīng)被汽車(chē)制造商認(rèn)為是不言而喻的。此外，整個(gè)系統(tǒng)成本以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的工作量都必須保持在較低水平，同時(shí)還必須保證產(chǎn)品質(zhì)量和操作安全。所有這些要點(diǎn)以及我們目前認(rèn)識(shí)到未來(lái)幾年對(duì) SiC 產(chǎn)品的強(qiáng)勁需求增長(zhǎng)這一事實(shí)強(qiáng)調(diào)了我們需要為客戶(hù)提供高質(zhì)量的基板。該協(xié)議證實(shí)，從 SiC 基板到組件和模塊的成熟供應(yīng)鏈至關(guān)重要。”

隨著時(shí)間的推移，我們所知道的硅可能會(huì)逐漸被淘汰。與硅相比，SiC 顯然具有許多優(yōu)勢(shì)，但在成本和生產(chǎn)工藝方面仍需要改進(jìn)。市場(chǎng)需要高效的設(shè)備，能夠處理高電壓和電流，并且能夠在比硅高得多的溫度下工作。新興產(chǎn)業(yè)對(duì) SiC 和 GaN 有著強(qiáng)烈的需求。

從 2019 年到 2025 年，全球碳化硅市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以 15.7% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。該產(chǎn)品在電力電子設(shè)備中的使用越來(lái)越多，尤其是在電動(dòng)汽車(chē)中，預(yù)計(jì)將保持更顯著的增長(zhǎng)。

“到 2020 年 1 月，SiC 的市場(chǎng)規(guī)模約為 4.08 億歐元，”Kr?mer 說(shuō)。“我們預(yù)計(jì)市場(chǎng)將進(jìn)一步提振；因此，對(duì) SiC 的擴(kuò)展做出了很大貢獻(xiàn)。此外，我們相信 8 英寸市場(chǎng)將隨著 SiC 市場(chǎng)的增長(zhǎng)而加速發(fā)展。”

審核編輯 黃昊宇