高效率低能耗，SiC/GaN元件掀功率半導體革命熱潮

　　隨著全球節(jié)能環(huán)保意識抬頭，半導體產業(yè)開始投入提高產品效率、降低功耗以及減少材料使用的技術開發(fā)，加上電動車、再生能源以及各種能源傳輸與轉換系統(tǒng)不斷要求高效率與低耗能設計，使得性能更加優(yōu)異的碳化矽（SiC）與氮化鎵（GaN）等高規(guī)格功率元件有了用武之地。

　　為了實現高效率的能源傳輸與利用，這些高性能功率元件在能源轉換中扮演重要角色。傳統(tǒng)矽基（Si-based）材料由于無法提供較低導通電阻，因而在電力傳輸或轉換時導致大量能量損耗。SiC元件則由于具備高導熱特性，加上材料具有寬能隙特性而能耐高壓與承受大電流，更符合高溫作業(yè)應用與高能效利用的要求，在近期持續(xù)受到熱切關注。

　　相較于SiC已發(fā)展十多年了，GaN功率元件則才剛進入市場，它是一種擁有類似于SiC性能優(yōu)勢的寬能隙材料，但擁有更大的成本控制潛力，尤其是高功率的矽基GaN由于具有更大輸出功率與更快作業(yè)頻率，已被看好可取代矽元件成為下一世代的功率元件。近年來全球對于都市基礎建設、新能源、節(jié)能環(huán)保等方面的政策支持，擴大對于SiC/GaN等高性能功率元件的需求，將進一步促進SiC/GaN功率元件的發(fā)展。

　　根據IHS IMS Research的報告顯示，在未來十年，受到電源、太陽光電（PV）逆變器以及工業(yè)馬達的需求驅動，新興的SiC和GaN功率半導體市場將以18%的速度穩(wěn)步成長，預計在2022年以前，SiC和GaN功率元件的全球銷售額將從2012年的1.43億美元大幅增加到28億美元。

　　2010-2022年全球SiC/GaN功率半導體市場預測

　　如今，SiC已被普遍視為足以取代矽的可靠技術。大多數功率模組和電源逆變器制造商都將SiC納入技術開發(fā)藍圖中，特別是PV逆變器可望成為SiC的最佳應用。Yole Developpement的報告并指出，盡管受到全球經濟不景氣影響，2012年整體電力電子市場低迷，經歷約20%的負成長，但SiC仍維持38%的年成長率。目前全球約有30多家公司擁有SiC元件設計、制造與銷售能力，并進行相關的SiC技術研發(fā)。

　　而隨著GaN功率元件銷售與產品出貨量快速攀升，業(yè)界觀察家均看好GaN的市場前景。Yole Developpement在最近的調查報告中指出，“GaN功率市場邁向整合，準備迎向巨大成長。”Yole分析師Philippe Rousel預計，“GaN元件市場可望在2020年達到6億美元的規(guī)模，屆時將需要制造58萬片6寸晶圓。此外，GaN市場將于2016年起迅速發(fā)展，伴隨電動車（EV）/油電混合車（HEV）將在2018-2019年開始采用GaN，2020年以前估計可實現80%的CAGR成長?！?/p>

　　GaN的潛在應用市場、成長率與上市時程預測

　　SiC/GaN展現高規(guī)格

　　SiC/GaN功率元件有別于矽元件，是因為這種材料擁有更好的特性，能夠降低導通和切換時的能量損耗。例如，逆變器采用二極體和電晶體作為功率元件，僅采用SiC二極體材料，就能使逆變器的功率損失降低15-30%左右；而如果電晶體材料也由矽換成SiC，則功率損失可減少一半以上。

　　SiC功率元件可廣泛用于節(jié)能、高頻和高溫三大電力電子系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的矽功率元件相較，SiC功率元件具有切斷拖尾電流極小、切換速度快、損耗低與耐高溫的特性。采用SiC功率元件開發(fā)電力電子變流器，能提高功率密度、縮小裝置體積；提升變流器效率；提高開關頻率，縮小濾波器體積；并可確保在高溫環(huán)境下執(zhí)行的可靠性；同時還易于實現高電壓大功率的設計。隨著SiC元件技術普及，電動車、油電混合車等使用高功率半導體元件的交通工具也開始導入。

　　ROHM半導體指出，SiC功率元件具有耐高壓、低損耗、高速開關等傳統(tǒng)矽材料元件所沒有的優(yōu)異特性。如今，對它的期待正以不可估量的態(tài)勢高漲。ROHM‘以SiC為核心的功率元件’作為該公司未來50年發(fā)展策略之一，致力于SiC功率元件和模組的開發(fā)，滿足新的市場需求，并已開始量產。

　　東芝半導體表示，由于消費者越來越傾向于清潔能源與環(huán)境友善型的應用，市場對于高轉換效率的功率元件需求不斷成長。SiC功率元件被視為下一代低損耗的主流高壓功率元件。對于像伺服器電源及太陽能空調等應用，SiC功率元件提供了理想的解決方案。

　　東芝指出SiC與GaN元件可發(fā)揮優(yōu)勢的應用領域。