隨著對電動汽車（EV）需求的持續增長，制造商正在比較兩種半導體技術，即碳化硅和硅，用于電力電子應用。碳化硅（SiC）具有耐高溫、低功耗、剛性，并支持EV電力電子設備所需的更小、更薄的設計。SiC當前應用的示例包括車載DC/DC轉換器、非車載直流快速充電器、車載電池充電器、電動汽車動力總成和LED汽車照明。

據《汽車世界》報道，隨著電池和電機制造商達到現有技術的物理極限，需要開發更高效的傳動系統，SiC技術還可以推動未來的電動汽車創新。在接受半導體工程采訪時，Cree首席技術官約翰·帕爾莫（John Palmour）以電動汽車行業，尤其是工程師可以欣賞的方式將碳化硅與硅進行了比較。“你可以用碳化硅制造你真正想要的硅器件，但由于硅的物理特性，在這個電壓范圍內是不實用的。

帶隙的重要性

碳化硅在電動汽車應用和其他電力電子設備中的實用性在很大程度上取決于其寬帶隙，寬帶隙以電子伏特（eV）為單位測量，并描述了將電子從材料的價帶激發到其導帶所需的能量。硅（Si）是一種半導體，長期以來一直是集成電路（IC）和光伏晶圓的首選材料，其帶隙為1.12 eV。砷化鎵（GaAs）是一種用于太陽能電池的半導體，其帶隙為1.42 eV。相比之下，碳化硅的帶隙明顯更寬，為3.26 eV。

憑借這種更寬的帶隙，碳化硅更適合更高功率的應用和與之相關的更高溫度。帶隙與擊穿電壓有關，擊穿電壓是絕緣體的一部分變得導電的點。硅的擊穿電壓約為600V，但基于SiC的器件可以承受高達<>倍的電壓。由于帶隙會隨著溫度的升高而縮小，因此更寬的帶隙材料也可以承受更高的溫度。碳化硅的剛性也提供了一個穩定的結構，不會因熱而膨脹或收縮。

碳化硅的更寬帶隙還支持更快、更高效的開關和更小、更薄的器件。由于碳化硅的電壓差或電位差不需要分布在盡可能多的材料上，因此SiC器件的厚度可以小于Si器件厚度的十分之一。這些更快、更薄的解決方案具有更小的阻力，因此更少的能量損失在熱量中，從而提高效率。此外，碳化硅更高的導熱性允許更有效地傳輸熱量，并且可以減少或消除對散熱器的需求。

用于電動汽車電力電子的碳化硅器件：優勢與挑戰

據報道，Cree估計，去年全球碳化硅器件市場首次超過100億美元。如今，該公司的SiC解決方案正在為不斷增長的電動汽車市場中的各種高壓、高溫組件提供支持。由于電動汽車的不同系統由不同的電壓供電，因此一些硅器件還需要將正確的電壓轉換并分配給車窗升降機、照明、推進器和暖通空調。與硅器件相比，SiC技術以更高的速度、可靠性和效率支持這些功能。

碳化硅卓越的開關速度也支持開發更快的充電器。板外充電器將輸入的交流電轉換為直流電，用于電池存儲。車載電池充電器將來自電池的直流電轉換為交流電，供主驅動電機使用。碳化硅比硅更快地執行這些功能，并且熱量和能量損失更少。此外，碳化硅組件的尺寸可以是硅器件的一半（或更小）。隨著碳化硅制造商繼續減少材料缺陷，碳化硅器件的價格預計將下降，這對未來的電動汽車應用來說是一個優勢。

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審核編輯：彭菁