寬帶隙 (WBG) 材料在電源應(yīng)用的前景

寬帶隙 (WBG) 材料逐漸在電源管理和其他應(yīng)用的成本效益分析中幸存下來，電動汽車可能會推動采用成本高但性能更高的碳化硅，并按降序排列氮化鎵器件。使用 WBG 半導(dǎo)體可產(chǎn)生超過 95% 的潛在效率，大大擴(kuò)展范圍。

功率轉(zhuǎn)換器是利用可再生能源進(jìn)行運(yùn)輸和工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵組件。為了促進(jìn)功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計所需的進(jìn)步，可以選擇基于碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 的新型 WBG 半導(dǎo)體技術(shù)。

如今，越來越多的汽車制造商涉足電動汽車 （EV） 開發(fā)，但是電動汽車的駕程過短卻始終是個問題。盡管采用空氣動力學(xué)設(shè)計、更輕質(zhì)的材料、更高效的功耗等方法確有成效，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。汽車電力電子設(shè)計人員還需要使用先進(jìn)的寬帶隙半導(dǎo)體（WBG） 材料來滿足能效和功率密度要求。

這些材料主要由氮化鎵 （GaN） 和碳化硅 （SiC） 組成，是對硅（Si） 金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 （MOSFET） 和絕緣柵雙極晶體管（IGBT） 等現(xiàn)有半導(dǎo)體技術(shù)的改進(jìn)。因而，由這些材料制成的半導(dǎo)體損耗更低、開關(guān)頻率更快、工作溫度更高、擊穿電壓更高，并且在惡劣環(huán)境中更堅固耐用。隨著汽車行業(yè)轉(zhuǎn)向使用容量更高、充電時間更短、總損耗更低，并且可在高電壓下工作的電池，WBG材料變得尤其有用。

與硅和 GaAs 半導(dǎo)體相比，更寬的帶隙轉(zhuǎn)化為更高的擊穿電壓和在高溫下工作的可能性，同時降低輻射敏感性而不損失電氣特性。

長期以來，成本一直阻礙著 GaN 和 SiC 的部署，但越來越多的行業(yè)分析師和 WBG 推動者指出，SiC 和 GaN 技術(shù)在系統(tǒng)層面具有潛在的成本節(jié)約潛力。除了更好的性能外，這些化合物半導(dǎo)體還有望減少電源管理應(yīng)用中的組件數(shù)量。

行業(yè)分析師正在采取觀望態(tài)度，但預(yù)測充滿活力的電動汽車市場可能會推動對 SiC 組件的持續(xù)需求，同時推動 GaN 器件的更廣泛采用。新興應(yīng)用包括電動汽車逆變器和快速充電基礎(chǔ)設(shè)施。

我們在最新的特別項目中介紹了技術(shù)和設(shè)計濱水區(qū)。

Yole Développement是我們寬帶隙特別項目的貢獻(xiàn)者，預(yù)測到 2026 年 SiC 市場將突破 40 億美元，這主要得益于芯片領(lǐng)域的“最佳位置”——電動汽車和混合動力電動汽車。同時，Yole 預(yù)測 GaN 的收入到 2026 年可能達(dá)到 10 億美元。

市場跟蹤機(jī)構(gòu)預(yù)測，如果 GaN 技術(shù)進(jìn)入電動汽車動力系統(tǒng)，新興技術(shù)可能會進(jìn)入快車道，取代可靠但功能較弱的硅支柱。

在其他地方，我們考慮了 WBG 材料的前景和缺陷，包括在電源管理方案中如何以及在何處實施。

直到最近，SiC 和 GaN 技術(shù)仍是尋找問題的昂貴解決方案。在蓬勃發(fā)展的電動汽車領(lǐng)域，電源管理應(yīng)用似乎是前進(jìn)的方向。任何可以幫助從電動汽車電池（電動汽車中最昂貴的組件）中擠出更多續(xù)航里程的電子技術(shù)都可以為動力傳動系統(tǒng)提供動力。

如果正如 WBG 技術(shù)的支持者所斷言的那樣，系統(tǒng)級優(yōu)勢超過了前期成本，那么 SiC 以及最終的 GaN 器件確實可以迎來所稱的“全電動未來”。