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- 发布日期:2024-05-14 07:59 点击次数:91
据DIGITIMES Research观察称,碳化硅(SiC)功率器件应用领域以电动汽车为大宗,2030年汽车芯片应用超8成,主因电动汽车 (指纯电动汽车及插电式混合动力车) 渗透率届时将超过5成;电动汽车各部件导入将相应增加。
因电动汽车对SiC需求大增,导致6英寸SiC晶圆供应吃紧。为此SiC大厂积极布局旨在缓解供货吃紧。但6英寸SiC晶圆未来价格欲降不易,为提供更多SiC产能及进一步降低成本,如果使用8英寸SiC晶圆将有利于单位器件成本降低17%,为此国际IDM大厂都在布局8英寸SiC晶圆产能。
碳化硅因其内部结构,具有更高的饱和漂移速度。漂移速度反应的是载流子在 外电压下的迁移速度,理论上讲漂移速度是可以随着外界电场的增加而无限提高 的,但实际上随着外加电场的增加,材料内部载流子之间的碰撞也会随之增加,所 以会存在一个饱和的漂移速度。在碳化硅材料中,其内部结构具有很好的缓冲碰撞 的能力,所以具有更高的饱和漂移速度。
高饱和漂移速度带来更小的能量损耗。高饱和漂移速度意味着载流子能更快地 迁移,以及更低的电阻。这也使得碳化硅材料中的能量损耗大大减小。与硅相比, 相同规格的碳化硅基 MOSFET 和硅基 MOSFET 相比,导通电阻降低为 1/200,尺寸 减小为 1/10;相同规格的使用碳化硅基 MOSFET 和使用硅基 IGBT 的逆变器相比, 总能量损失小于 1/4。这些特点为碳化硅材料在光伏逆变器、高频器件中的应用提供了更有力的支撑。
虽然硅在相当长的一段时间内一直是全球电力电子转换器中使用的器件的首选半导体材料, 电子元器件采购网 但1891年SiC的发明为缓解对硅的依赖带来了另一种选择。SiC是一种宽带隙(WBG)半导体:激发电子进入导带所需的能量更高,与标准硅基器件相比,这种宽带隙具有多种优势。 由于具有更小的漏电流和更大的带隙,器件可以在更宽的温度范围内工作而不会损坏或损失效率。这进一步巩固了SiC在电力电子领域的重要性,并促进了其使用的激增。 SiC功率器件目前被广泛用于诸如电源、用于电池充电和牵引驱动的电池电动车辆(BEV)功率转换、工业电动机驱动以及太阳能和风能逆变器等可再生能源发电系统的应用。 目前,电动汽车正在带动功率半导体需求成长,车厂及Tier 1在动力系统渐逐步导入SiC解决方案。汽车电气化程度愈高,主系统较油车增加了更多电气零部件,单台车所使用的功率半导体数量及产值也越来越高。 SiC功率器件在汽车严苛环境操作下,汽车芯片其性能表现优于硅基器件,因此近期愈来愈多车厂及Tier 1业者将SiC导入电动汽车动力系统中,未来并以发展800V电气架构为目标。电动汽车带动充电相关装置需求成长。 SiC功率器件具有高功率及高频操作特性,在OBC应用中备受瞩目。由于SiC功率器件具备高功率及高频的操作特性,适合应用于车用、能源及工业等领域,其中又以零组件可靠度及稳定性要求极高的电动汽车产业尤其重视。
在电动汽车中类型中,为提高能源利用效率,车厂多以发展PHEV与BEV为主,而为补充电力能源,则需利用充电庄、电源转换器等对车载电池充电。虽SiC功率器件价格约为硅基器件5倍,但导入电源转换器应用已势在必行。此外,SiC具有多重优势,有利于电动汽车达轻量化、提升续航力、快速充电能力。SiC功率器件还可以提升电动汽车与电网间更高运作效率,汽车芯片具有快速充电及延长续航力优势。 第三代半导体材料SiC较硅基半导体具有宽能隙、击穿电场强度大、电子饱和移动速度快等多重优势,但汽车芯片存在量产性低、成本高等问题,所以优先导入耐高电压、高温及高频运作、节能要求高等利基市场,更有利于SiC功率器件发挥更大的潜力。
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