GaN和SiC的下一波浪潮

GaN和SiC的下一波浪潮

氮化鎵和碳化硅被指定為寬帶隙 (WBG) 半導體，基于將這些材料中的電子從價帶轉(zhuǎn)移到導帶所需的能量——SiC 約為 3.2 eV，GaN 約為 3.4 eV，而GaN僅為 1.1 eV硅。WBG 特性導致更高的適用擊穿電壓，在某些應(yīng)用中可高達 1,700 V。在今年 5 月舉行的僅數(shù)字化 PCIM Europe 上，幾家公司展示了他們在GaN和 SiC 方面的最新創(chuàng)新，并就 WBG 技術(shù)的發(fā)展方向提出了見解。

GaN功率器件市場在從2020 年起翻了一番，突顯了智能手機快速充電器的驚人增長，并暗示了電信和汽車市場的發(fā)展前景。 預計 GaN 消費電源市場將成為主要驅(qū)動力，在 2026 年占市場的 60% 以上。預計 GaN 器件市場總額將從 2020 年的 4600 萬美元增長到 2026 年的約 11 億美元，其中復合年增長率為 70%。

在 PCIM 活動期間，EPC 重點介紹了其用于飛行時間/LiDAR 系統(tǒng)的GaN技術(shù)，目標是越來越多的應(yīng)用，從無人機到機器人，再到自動駕駛汽車，甚至真空吸塵器。與此同時，Nexperia 宣布了其最新的第二代 GaN 技術(shù)。Yole 斷言，從長遠來看，如果 GaN 以較低的價格證明了其可靠性和大電流能力，該技術(shù)可能會滲透到更具挑戰(zhàn)性的 EV/HEV 逆變器市場和保守的工業(yè)市場，從而創(chuàng)造可觀的銷量GaN 的機會。事實上，Nexperia 和 VisIC 正在開發(fā) GaN 解決方案，旨在與 xEV 逆變器中的 SiC 和硅競爭。

新的 SiC 設(shè)計也在不斷涌現(xiàn)，以滿足電動汽車日益增長的高功率要求。然而，SiC 仍然比硅貴得多，而且硅技術(shù)也在不斷進步，出現(xiàn)了三級和其他硅電路拓撲以提高效率。因此，重要的是要確定碳化硅可實現(xiàn)的節(jié)能或其他技術(shù)優(yōu)勢足以證明成本合理的應(yīng)用。經(jīng)濟學有時可能對硅有利。

Microchip 首席客戶參與經(jīng)理 Marc Rommerswinkel 在 PCIM 會議上表示，他毫不懷疑 SiC 與基于 Si 的解決方案相比的優(yōu)勢。其中包括由于較低的開關(guān)損耗而提高的效率，以及由于更高的開關(guān)頻率和更小的冷卻系統(tǒng)而降低的系統(tǒng)尺寸、成本和重量。然而，“碳化硅可以非?？焖俚厍袚Q，并且任何寄生電感都可能由于振鈴以及過沖和下沖而導致問題，這會導致 EMC 問題并可能損壞您的系統(tǒng)，”Rommerswinkel 說?！叭绻闶褂锰蓟?，這是你需要考慮的：可靠性和數(shù)據(jù)，如亞閾值的行為、雪崩能力或體二極管穩(wěn)定性只是需要考慮的一些參數(shù)。

“SiC 器件具有比硅更高頻率的基準開關(guān)性能，并且?guī)缀鯖]有反向恢復。此外，這種卓越而穩(wěn)定的開關(guān)性能與溫度無關(guān)。SiC 能夠承受更高的工作電壓、電流和開關(guān)頻率，再加上它的高效率和出色的熱管理，使這種半導體成為包括汽車在內(nèi)的多種電源應(yīng)用中硅的理想替代品。用于 EV 牽引逆變器的 SiC 經(jīng)證實可支持更長的續(xù)航里程和更高效的驅(qū)動循環(huán)性能。

不同材料設(shè)備類型的價格/性能趨勢不斷發(fā)展。因此，硬件工程師需要一個標準化的功耗評估工具來考慮市場上所有類型的設(shè)備，以做出最佳決策。

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