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(dǎo)體，基于將這些材料中的電子從價(jià)帶轉(zhuǎn)移到導(dǎo)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(dǎo)致更高的適用擊穿電壓，在某些應(yīng)用中可高達(dá) 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?cè)贕aN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(jiàn)解。

GaN功率器件市場(chǎng)在從2020 年起翻了一番，突顯了智能手機(jī)快速充電器的驚人增長(zhǎng)，并暗示了電信和汽車市場(chǎng)的發(fā)展前景。 預(yù)計(jì) GaN 消費(fèi)電源市場(chǎng)將成為主要驅(qū)動(dòng)力，在 2026 年占市場(chǎng)的 60% 以上。預(yù)計(jì) GaN 器件市場(chǎng)總額將從 2020 年的 4600 萬(wàn)美元增長(zhǎng)到 2026 年的約 11 億美元，其中復(fù)合年增長(zhǎng)率為 70%。

在 PCIM 活動(dòng)期間，EPC 重點(diǎn)介紹了其用于飛行時(shí)間/LiDAR 系統(tǒng)的GaN技術(shù)，目標(biāo)是越來(lái)越多的應(yīng)用，從無(wú)人機(jī)到機(jī)器人，再到自動(dòng)駕駛汽車，甚至真空吸塵器。與此同時(shí)，Nexperia 宣布了其最新的第二代 GaN 技術(shù)。Yole 斷言，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，如果 GaN 以較低的價(jià)格證明了其可靠性和大電流能力，該技術(shù)可能會(huì)滲透到更具挑戰(zhàn)性的 EV/HEV 逆變器市場(chǎng)和保守的工業(yè)市場(chǎng)，從而創(chuàng)造可觀的銷量GaN 的機(jī)會(huì)。事實(shí)上，Nexperia 和 VisIC 正在開(kāi)發(fā) GaN 解決方案，旨在與 xEV 逆變器中的 SiC 和硅競(jìng)爭(zhēng)。

新的 SiC 設(shè)計(jì)也在不斷涌現(xiàn)，以滿足電動(dòng)汽車日益增長(zhǎng)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(jìn)步，出現(xiàn)了三級(jí)和其他硅電路拓?fù)湟蕴岣咝省Ｒ虼?，重要的是要確定碳化硅可實(shí)現(xiàn)的節(jié)能或其他技術(shù)優(yōu)勢(shì)足以證明成本合理的應(yīng)用。經(jīng)濟(jì)學(xué)有時(shí)可能對(duì)硅有利。

Microchip 首席客戶參與經(jīng)理 Marc Rommerswinkel 在 PCIM 會(huì)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(shì)。其中包括由于較低的開(kāi)關(guān)損耗而提高的效率，以及由于更高的開(kāi)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(guò)沖和下沖而導(dǎo)致問(wèn)題，這會(huì)導(dǎo)致 EMC 問(wèn)題并可能損壞您的系統(tǒng)，”Rommerswinkel 說(shuō)。“如果你使用碳化硅，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(zhǔn)開(kāi)關(guān)性能，并且?guī)缀鯖](méi)有反向恢復(fù)。此外，這種卓越而穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)性能與溫度無(wú)關(guān)。SiC 能夠承受更高的工作電壓、電流和開(kāi)關(guān)頻率，再加上它的高效率和出色的熱管理，使這種半導(dǎo)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(shí)可支持更長(zhǎng)的續(xù)航里程和更高效的驅(qū)動(dòng)循環(huán)性能。

不同材料設(shè)備類型的價(jià)格/性能趨勢(shì)不斷發(fā)展。因此，硬件工程師需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的功耗評(píng)估工具來(lái)考慮市場(chǎng)上所有類型的設(shè)備，以做出最佳決策。

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