SiC器件：以汽車用途為突破口擴(kuò)大利用

　　功率器件領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入到Si（硅）、SiC（碳化硅）、GaN（氮化鎵）三種半導(dǎo)體材料并用的時(shí)代。過去，人們一直利用硅的加工性能良好的特點(diǎn)，借助精雕 細(xì)琢的元件結(jié)構(gòu)，提高功率器件的性能并擴(kuò)大其應(yīng)用。現(xiàn)在，利用寬能隙材料，也就是化合物半導(dǎo)體制造的器件也投入實(shí)用，在提高能效、電源系統(tǒng)小型化、提高耐 壓等方面，其性能已經(jīng)達(dá)到了硅器件無法企及的高度。

　　現(xiàn)在，有3種材料都在使用的廠商，也有集中于一種材料開拓用途的廠商，各家功率器件廠商之間，在保有的技術(shù)和業(yè)務(wù)方針上存在差別。

　　此次，日經(jīng)技術(shù)在線以“功率半導(dǎo)體的主角是哪種材料”為主題，邀請(qǐng)到了經(jīng)常與眾多客戶企業(yè)的系統(tǒng)開發(fā)者接觸、貼近使用現(xiàn)場(chǎng)的功率器件廠商的工程師，請(qǐng)他們 介紹三種材料在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)際情況。要事先聲明的是，工程師們回答的內(nèi)容只是個(gè)人見解，并不代表其所屬企業(yè)的觀點(diǎn)。

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　　【Q1】按照目前的設(shè)想，Si、SiC、GaN三種功率器件的用途有什么差別？

　　【回答】大容量應(yīng)用使用SiC器件，電子產(chǎn)品電源的小型化適合使用GaN器件

　　化合物半導(dǎo)體類的功率器件，應(yīng)該首先會(huì)從替換現(xiàn)有硅器件更有利的高附加值應(yīng)用開始普及，然后從高耐壓高輸出功率的應(yīng)用開始，大范圍更新?lián)Q代。能發(fā)揮高速工 作的優(yōu)勢(shì)、耐壓為600V或650V以上的用途估計(jì)將采用GaN器件，耐壓為1.2kV以上的用途估計(jì)將采用SiC器件。

　　SiC器件可以采用立式結(jié)構(gòu)，用于大容量用途比較具有優(yōu)勢(shì)。而GaN器件適合橫式結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用于GaAs HEMT等能夠發(fā)揮高速開關(guān)優(yōu)勢(shì)的用途。電路頻率升高后，原來在電源電路中占較大空間的變壓器隨之縮小，整個(gè)電源電路趨于小型化。有助于實(shí)現(xiàn)個(gè)人電腦、手 機(jī)、服務(wù)器電源的小型化和低功耗化。

　　【Q2】哪些用途是必須使用SiC和GaN等化合物半導(dǎo)體才能實(shí)現(xiàn)的？

　　【回答】純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力車的電機(jī)控制系統(tǒng)

　　SiC器件的主要用途應(yīng)該是車載設(shè)備?？梢允辜冸妱?dòng)汽車、混合動(dòng)力車的電機(jī)控制系統(tǒng)損失的功率降低到1/10，實(shí)現(xiàn)低功耗化。將現(xiàn)在配備的硅制IGBT替 換為SiC制MOSFET，可以實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)。如果開發(fā)出能充分發(fā)揮這一優(yōu)勢(shì)的電源電路，將非常有助于高耐壓、大功率電路的小型化。而且還能實(shí)現(xiàn)高溫下工 作，從而省去散熱部件，還能降低總成本。

　　【Q3】三種器件是會(huì)繼續(xù)并存，還是會(huì)最終統(tǒng)一為一種？

　　【回答】化合物半導(dǎo)體器件的應(yīng)用會(huì)擴(kuò)大，但硅器件不會(huì)被淘汰

　　SiC器件隨著成本不斷降低，已經(jīng)進(jìn)入普及階段。而GaN器件還要先明確有哪些用途、采用有哪些好處。即使化合物器件在進(jìn)化，企業(yè)也并不打算替換掉電源電 路使用的所有的硅器件。因?yàn)樵谑褂弥?，低電壓部分依然存在，在這些地方，硅器件應(yīng)該還會(huì)繼續(xù)保持主流地位。