宽禁带半导体材料——碳化硅的力量

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        在汽车和工业市场上,采用碳化硅材料的能源解决方案的速度正在加快。制造碳化硅晶圆比制造硅晶圆要复杂得多,随着对碳化硅设备的需求不断上升,制造它们的公司不得不确定碳化硅晶圆的来源。

        例如,Rohm和意法半导体最近签署了一项多年协议,根据该协议,SiCrystal (Rohm集团的一部分)将向意法半导体提供价值超过1.2亿美元的1.5亿片SiC晶圆。SiCrystal将为ST提供单晶碳化硅晶片衬底(图1)。

        为什么这一点如此重要?因为碳化硅的特性特别适用于电动汽车、快速充电站、可再生能源和各种工业应用中的各种电力元件和设备。

图1:碳化硅晶片

        SiC在SiC在能源方面有很多优势,这就是为什么它和它的堂兄弟GaN一起成为了新型电力电子发展的焦点。

        它们是主要的宽禁带半导体材料。SiC能够承受高得多的电压,比普通硅高10倍。这意味着更少的串联元件将用于高压电子应用,降低复杂性和系统成本。

        SiC SBDs(肖特基势垒二极管)已经在半导体工业中取代了硅。GaN可能在特定市场成为强有力的竞争对手。带有SBDs的逆变器大大减少了回收损失,从而提高了效率。动力设计必须牢记几个要求,包括空间和重量,这与效率一起,发挥着重要的作用。

        在开关电源中,功率因数校正器(PFC)电路和二次侧桥式整流器的应用越来越广泛。Rohm sicb - sbds的产品组合包括600V和1200 v模块,安培等级从5A到40A不等。

        传统电力电子的效率并没有充分利用半导体的全部质量,以热的形式损失了大约15%的效率。由于其物理性能,SiC半导体材料有很大的潜力来满足这些市场趋势的要求。较低的损耗对应较低的热量产生,这反映在更直接、更便宜、更小、更轻的冷却系统,因此,更高的功率密度。低开关损耗允许增加开关频率和减少元件尺寸。大小的减少或多或少与频率的增加成正比。

        SiCrystal有限公司全球销售和营销主管Markus Kramer说:“根据电动汽车的应用场景,汽车制造商对电力电子系统有各种各样的要求。其中包括:耐温度变化、耐振动、不同温度下的操作可靠性以及长寿命等。

        “此外,”他继续说,“汽车制造商已经认为,集成系统对高功率密度的要求是不言而喻的。此外,整个系统的成本以及产品设计阶段的努力都要保持在较低的水平,同时还要保证产品质量和操作安全。所有这些要点和事实,我们目前承认的碳化硅产品在未来几年的强劲需求增长,强调我们需要向客户提供高质量的基材。这项协议确认了从碳化硅基板到组件和模块的良好证明的供应链是至关重要的,”克雷默说。

        随着时间的推移,我们所知道的硅可能会逐渐被淘汰。与硅相比,SiC显然有很多优势,但在成本和生产工艺方面仍需要改进。市场需要高效率的设备,有能力处理高电压和电流,并能在比硅高得多的温度下工作。新产业对碳化硅和氮有强烈的需求。

        从2019年到2025年,全球碳化硅市场的复合年增长率预计将达到15.7%。该产品在电力电子领域的使用日益增多,尤其是在电子移动领域,预计将维持更为显著的增长。“到2020年1月,SiC的市场规模约为4.08亿欧元。我们期待市场的进一步提振,从而对SiC的扩张做出巨大贡献。此外,我们相信随着碳化硅市场的增长,8英寸的市场将会加速增长。”克雷默说道。

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