碳化硅（sic）正被用于多种电力应用

碳化硅正被用于多种电力应用。ROHM 与意法半导体之间的协议将增加其在行业中的广泛采用。

汽车和工业市场都在加速采用SiC 材料的能源解决方案。制造碳化硅 (SiC) 晶圆的过程比制造硅晶圆要复杂得多，而且随着对 SiC 器件的需求不断增加，制造它们的公司必须确定 SiC 晶圆的来源。

例如，罗姆和意法半导体最近签署了一项多年协议，根据该协议，SiCrystal（罗姆集团的一部分）将向意法半导体提供价值超过 1.2 亿美元的 150 毫米 SiC 晶圆。SiCrystal 将为意法半导体提供单晶碳化硅晶圆衬底（图 1）。

为什么这个这么重要？因为 SiC 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使用的各种功率元件和设备。

图 1：碳化硅晶圆（图片：意法半导体）

碳化硅在能源方面具有许多优势，这就是为什么它与它的表亲 GaN 一样，一直是并将成为新电力电子产品开发的关注焦点。

它们是主要的宽带隙（WBG）半导体材料。SiC 可以承受更高的电压，比典型的硅高 10 倍。这意味着在高压电子应用中使用的串联组件更少，从而降低了复杂性和系统成本。

SiC（肖特基势垒二极管 (SBD) 已经在半导体行业中取代硅。GaN 可能成为特定市场的有力竞争者。采用 SBD 的逆变器显着降低了恢复损耗，从而提高了效率。电源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作用。

SiC SBD 越来越多地应用于开关模式电源中的功率因数校正 (PFC) 电路和次级侧桥式整流器。ROHM SiC SBD 产品组合包括 600-V 和 1,200-V 模块，电流额定值范围为 5 A 至 40 A。

传统电力电子设备的效率没有充分利用半导体的全部质量，以热量的形式损失了大约 15% 的效率。由于其物理特性，SiC 半导体材料具有满足这些市场趋势要求的巨大潜力。较低的损耗对应于较低的热量产生，这反映在更直接、更便宜、更小和更轻的冷却系统中，因此更高的功率密度。低开关损耗允许提高开关频率并减小组件尺寸。尺寸的减小或多或少与频率的增加成正比。

SiCrystal GmbH 全球销售和营销负责人 Markus Kr?mer 表示：“基于电动汽车的应用场景，汽车制造商对电力电子系统提出了各种要求。其中包括对温度变化的抵抗力、抗振性、不同温度下的操作可靠性以及长寿命。

“此外，集成系统对高功率密度的要求已经被汽车制造商认为是不言而喻的。此外，整个系统成本以及产品设计阶段的工作量都必须保持在较低水平，同时还必须保证产品质量和操作安全。所有这些要点以及我们目前认识到未来几年对 SiC 产品的强劲需求增长这一事实强调了我们需要为客户提供高质量的基板。该协议证实，从 SiC 基板到组件和模块的成熟供应链至关重要。”

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 显然具有许多优势，但在成本和生产工艺方面仍需要改进。市场需要高效的设备，能够处理高电压和电流，并且能够在比硅高得多的温度下工作。新兴产业对 SiC 和 GaN 有着强烈的需求。

从 2019 年到 2025 年，全球碳化硅市场预计将以 15.7% 的复合年增长率增长。该产品在电力电子设备中的使用越来越多，尤其是在电动汽车中，预计将保持更显着的增长。

“到 2020 年 1 月，SiC 的市场规模约为 4.08 亿欧元，”Kr?mer 说。“我们预计市场将进一步提振；因此，对 SiC 的扩展做出了很大贡献。此外，我们相信 8 英寸市场将随着 SiC 市场的增长而加速发展。”

审核编辑 黄昊宇