哪些是SiC器件重點關注領域？

文章來源：電子工程世界

作者：湯宏琳

就在我們還沉浸在Si器件帶來的低成本紅利時，很多關鍵型應用已經開始擁抱SiC了。

雖然SiC成本還有些略高，但它卻有著自己得天獨厚的優勢：與Si相比，SiC介電擊穿場強高10倍、電子飽和速度高2倍、能帶隙高3倍和熱導率高3倍。

正因如此，SiC功率器件能夠提供Si半導體無法達到的革命性性能，特別適合新能源、汽車、5G通信應用中對于高功率密度、高電、高頻率、高效率、以及高導熱率的應用需求。

隨著外延工藝的提升和成本的下降，SiC成了半導體領域炙手可熱的當紅材料，被稱為商業前景最明朗的半導體材料之一，堪稱半導體產業內新一代“黃金賽道”，其應用市場也在飛速拓展中。

據安森美半導體電源方案部產品市場經理王利民介紹，僅2017年到2022年間，SiC市場年均復合增長率將高達35%，預計到2022年其市場容量將超過10億美元。

功率因數校正(PFC)、電動/混動汽車、電動/混動汽車基礎設施、光伏、不間斷電源(UPS)、電機驅動、鐵路、風能等領域都是SiC大展拳腳的應用空間。

四大戰略市場，布局未來

那么究竟哪塊市場是SiC最先起飛的賽道呢？又有哪些是SiC器件重點關注的領域呢？且讓我們跟著安森美半導體的腳步來看看。

王利民介紹，作為深耕電源應用領域多年的供應商，安森美半導體正在開發完整的器件生態系統，以支持寬禁帶電源設計, 包括SiC二極管和SiC MOSFET、GaN HEMT、 SiC和GaN驅動器及集成模塊等，

這些器件將重點關注四大應用市場：電動汽車(EV)/混動汽車(HEV)、5G 電源和開關電源(SMPS)、電動汽車充電器/樁和太陽能逆變器。

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電動汽車(EV)/混動汽車(HEV)

電動汽車的發展速度有目共睹，在汽車主驅逆變器、車載充電(OBC)和DC-DC級等應用中使用SiC器件，可以大大提升效率，增加續航能力。因而汽車應用成了SiC器件的主要驅動力之一，約占整個SiC總體市場容量60%左右。

無論從用戶體驗，還是從車廠基于續航里程報價的角度考慮，能效提升、續航里程的增加無疑為電動汽車市場開拓起著重要作用，因而目前幾乎所有做主驅逆變器的廠家都在研究SiC作為主驅方向。

同時，在車載充電(OBC)和DC-DC級應用領域，絕大部分廠家也在使用SiC實現高效、高壓和高頻率的應用。

此外，美國加利福尼亞州已簽署行政命令，到2030年要實現500萬輛電動車上路的目標；

歐洲也有電動汽車全部替換燃油車的時間表；

而在中國各大一線城市，電動汽車可以零費用上牌。

這一系列政策都推動了電動汽車的大幅增長，而電動汽車對于高壓、高頻率和高效率器件的需求也推動了SiC市場的大幅增長。

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5G電源和開關電源(SMPS)領域

傳統的開關電源領域在Boost電路及高壓電源應用中，對功率密度一直有著持之以恒的追求。從最早通信電源，到現在5G通信電源、云數據中心電源，都對能效有非常高的要求。

SiC器件高達98%的能效，完美契合了電源和5G電源市場發展，在這個應用領域也有不俗的表現。

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電動汽車充電器/樁

新基建、內循環等一系列策略都在快速地帶動電動汽車充電樁的發展。充電樁的實現方案有很多種，現在消費者最感興趣的就是直流快充，直流快充的充電樁需要非常大的充電功率以及非常高的充電效率，這些都需要通過高電壓來實現。

因而隨著功率和速度要求的提高，越來越多的充電樁方案將使用SiC MOSFET，自然電動汽車充電樁也是安森美半導體SiC器件重點關注市場之一。

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太陽能逆變器

SiC在太陽能逆變器領域的使用量也很大，且市場在蓬勃發展，王利民介紹，目前全球1%的電力來自太陽能，預計未來10-15年將達到15%的能源來自太陽能。

據悉，中國國家能源局(NEA)設定了清潔能源目標，到2030年滿足中國20%的能源需求。同時，歐盟也設定目標，到2020年，能效提高20%，二氧化碳排放量降低20%，可再生能源達到20%。

政策驅動使得越來越多的SiC器件應用于太陽能逆變器Boost電路，并且隨著太陽能逆變器成本的優化，越來越多的廠商將會使用SiC MOSFET作為主逆變的器件，來替換原來的三電平逆變器控制的復雜電路。

SiC器件如何使用？安森美半導體懂你

面對當前的市場競爭，SiC產品的高效率、高能效、高功率密度、高壓誠然非常有吸引力，但成本也是客戶不得不考慮的問題。

對此，安森美半導體在提供全球領先可靠性的前提下，能夠提供集成制造和無與倫比的規模推動卓越的成本結構。同時還提供全球快速響應的供應鏈服務和廣泛的可選產品陣容。

可靠性是器件使用的前提條件，王利民表示，安森美半導體SiC器件擁有領先的可靠性，且全部器件都符合車規。

在半導體高溫高濕反偏老化測試(H3TRB)中，同樣測試條件下，安森美半導體SiC二極管可以通過1000小時的可靠性測試，而在實際測試中，安森美半導體還會將這個測試延長至2000小時，足以體現其SiC器件可靠性之高。

高性價比也是安森美半導體SiC器件的特性之一，其SiC MOSFET和二極管都是接近理想的開關器件，能夠很好地結合Rds_on和低開關損耗，同時支持更高電壓（>600V）。

對此，王利民給出了一組理論上的對比數據：當同樣達到1200V擊穿電壓時，各個器件要達到同樣效率所需面積的對比。

此外，在方案中，如果將Si方案替換成SiC，其體積、功率密度以及整體BOM成本都會得到優化。如下圖所示。

同時，為了助力工程師快速將SiC器件應用到設計中，安森美半導體還提供了基于其應用專長創建的完整解決方案，其中包括單管方案、模塊方案以及各種電動車和混動車的車載充電器方案，并為這些方案提供整套電路圖紙、BOM、Demo以及方案專家團隊的鼎力支持。

安森美半導體能夠提供完整的器件生態系統，以支持寬禁帶電源設計, 包括SiC二極管和SiC MOSFET、GaN HEMT、 SiC和GaN驅動器及集成模塊，全部器件或模塊都滿足汽車規范。

浪涌和雪崩是SiC二極管強固性主要表現之一。王利民介紹，在大幅提高效率同時，SiC二極管還有一個設計痛點，即不管在Boost 電路還是在PFC電路中，SiC二極管都要扛住浪涌電流。

對此，安森美半導體提供了非常貼心的設計，以1200V 15A的SiC二極管為例，在毫秒級安森美半導體的的SiC二極管有10倍的過濾，在微秒級的SiC二極管有50倍的過濾。

此外，針對電動汽車主驅或馬達驅動的應用中，對于SiC二極管雪崩的要求，安森美半導體SiC二極管能夠提供更高的雪崩能量。

此外，安森美半導體的MOSFET也幾乎涵蓋了市面上所有主流的SiC MOSFET，包括20mΩ、40mΩ、80mΩ、160mΩ的器件，封裝涵蓋TO-247 3腳以及D2PAK的7腳封裝，并且所有的產品都提供工業規范和汽車規范。此外，安森美半導體還有900V的SiC MOSFET，20mΩ、60mΩ都是市面上最主流的一些規格。

王利民介紹，安森美半導體提供的是全生態的，包括器件、解決方案、仿真模型以及軟件設計等整個一系列的SiC生態系統。

針對目前所有處于持續增長的市場，安森美半導體都在開發相關的方案，為客戶提供一整套的方案設計，同時還和業內重點客戶建立了緊密的合作關系，包括聯合實驗室，共同開發等形式。

未來，安森美半導體也將持續地、大幅地在SiC領域進行持續投入和生態的運營。

原文標題：SiC(碳化硅)主場即將開啟，你做好準備了嗎？

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責任編輯：haq