電路中的碳化硅

什么是SiC?它的作用是什么?SiC材料在能源解決方案中的應(yīng)用正在汽車和工業(yè)市場中加速發(fā)展。制作碳化硅(SiC)晶圓比制作硅晶圓要復(fù)雜得多，并且隨著對SiC器件需求的增加，制造碳化硅(SiC)器件的公司不得不確定SiC晶圓的來源。

例如，Rohm和STMicroelectronics最近簽署了一項(xiàng)多年協(xié)議，根據(jù)該協(xié)議，SiCrystal(屬于Rohm Group)將向STMicroelectronics提供超過1.2億美元的150mm SiC晶圓。 SiCrystal將向ST提供單晶碳化硅晶片襯底(圖1)。為什么這個(gè)這么重要?因?yàn)镾iC的特性特別適合用于電動(dòng)汽車，快速充電站，可再生能源和各種工業(yè)應(yīng)用中的各種功率組件和設(shè)備。

碳化硅在能源方面具有許多優(yōu)勢，這就是為什么碳化硅及其表親GaN一直并將成為新功率電子器件開發(fā)中關(guān)注的焦點(diǎn)。它們是主要的寬禁帶(WBD)半導(dǎo)體材料。 SiC能夠承受更高的電壓，比典型的硅高出十倍。這意味著可用于高壓電子應(yīng)用的串聯(lián)組件更少，從而降低了復(fù)雜性并降低了系統(tǒng)成本。

SiC SBD(肖特基勢壘二極管)已經(jīng)在半導(dǎo)體行業(yè)取代了硅。 GaN可能是特定市場的強(qiáng)大競爭對手。帶有SBD的逆變器大大降低了恢復(fù)損耗，從而提高了效率。電源設(shè)計(jì)必須牢記幾個(gè)要求，包括空間和重量，這些要求與效率一起發(fā)揮重要作用。SiC-SBD越來越多地應(yīng)用于開關(guān)電源中的功率因數(shù)校正器(PFC)電路和次級側(cè)橋式整流器。 Rohm SiC-SBD的產(chǎn)品組合包括600V和1200V模塊，額定電流范圍為5A至40A。

常規(guī)功率電子設(shè)備的效率無法充分利用半導(dǎo)體的全部品質(zhì)，而熱量形式的效率損失約為15%。由于其物理特性，SiC半導(dǎo)體材料具有滿足這些市場趨勢要求的巨大潛力。較低的損耗對應(yīng)于較低的熱量產(chǎn)生，這反映在更直接、更便宜、更小、更輕的冷卻系統(tǒng)中，因此，功率密度也更高。低開關(guān)損耗允許增加開關(guān)頻率并減小元件尺寸。尺寸的減小或多或少與頻率的增加成正比。

SiCrystal GmbH全球銷售和營銷負(fù)責(zé)人MarkusKr?mer表示：“基于電動(dòng)汽車的應(yīng)用場景，汽車制造商對電力電子系統(tǒng)提出了各種要求。其中包括，例如耐溫度變化、抗振動(dòng)，在不同溫度下的操作可靠性以及長壽命。

他繼續(xù)說：“此外，汽車制造商已經(jīng)認(rèn)為集成系統(tǒng)對高功率密度的要求是不言而喻的。此外，整個(gè)系統(tǒng)的成本以及在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段所付出的努力都應(yīng)保持在較低水平，同時(shí)還要保證產(chǎn)品質(zhì)量和操作安全性。所有這些觀點(diǎn)以及我們目前認(rèn)識到未來幾年SiC產(chǎn)品需求強(qiáng)勁增長這一事實(shí)表明，我們需要為客戶提供高質(zhì)量的基材。該協(xié)議證實(shí)，從SIC基板到組件和模塊的供應(yīng)鏈必不可少，”Kr?mer說。

隨著時(shí)間的流逝，眾所周知，硅可能會逐漸被淘汰。 SiC顯然比硅具有許多優(yōu)勢，但在成本和生產(chǎn)工藝方面仍需要改進(jìn)。市場需要高效的設(shè)備，這些設(shè)備必須能夠處理高電壓和高電流，并且能夠在比硅更高的溫度下工作。新興行業(yè)強(qiáng)烈需要SiC和GaN。

從2019年到2025年，全球碳化硅市場預(yù)計(jì)將以15.7%的復(fù)合年增長率增長。該產(chǎn)品在電力電子領(lǐng)域(尤其是在電動(dòng)汽車領(lǐng)域)的越來越多的使用有望維持更為顯著的增長?！? 2020年1月，SiC的市場規(guī)模約為4.08億歐元。我們預(yù)計(jì)市場將進(jìn)一步增長，因此將為SiC的擴(kuò)展做出巨大貢獻(xiàn)。此外，我們堅(jiān)信，隨著SiC市場的增長，8英寸市場將加速發(fā)展?！币陨暇褪荢iC的相關(guān)解析，希望能給大家?guī)椭?