目前，全球大约三分之一的能源需求是电力需求、能源需求的增长、化石燃料资源的日益耗尽和气候变化，这要求我们找到更智能、更高效的能源生产、传输、分销、储存和使用方法。在整个能源转换链中，第三代半导体技术的节能潜力为实现长期全球节能目标做出了巨大贡献。此外，宽带产品和解决方案有利于提高效率、功率密度、尺寸、重量和总成本。因此，它将有助于提高交通、新能源发电、储能、数据中心、智能建筑、家电、个人电子设备等广泛应用场景的能效。

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碳化硅除高速外，还具有导热性高、击穿场强、电子漂移率高等特点，特别适用于高温、高功率、高压、高频、抗辐射等恶劣条件。

功率密度是设备技术价值的另一个重要方面。SiCMOSFET 芯片面积比 IGBT 小很多，比如 100 A 1200 V的 SiC MOSFET 芯片大小约是 IGBT 与续流二级管之和的五分之一。因此，电机驱动Lumissil代理应用中，SiCMOSFET 包括 650 VSiC MOSFET。

在耐高压方面，1200 V 以上高压的 SiC 通过提高系统的开关频率，可以提高系统的性能和功率密度。

正是由于 SiC MOSFET 在光伏逆变器中，这些优异的性能，UPS、ESS、电动汽车充电、燃料电池、电机驱动和电动汽车都有相应的应用。然而，碳化硅会成为所有应用的最终解决方案吗？

众所周知，硅基功率半导体的代表——IGBT 技术在进一步提高性能方面遇到了一些困难。开关损耗和导通饱和压降相互制约，减少损耗和提高效率的空间越来越小，因此行业开始希望 SiC 能成为颠覆性技术。然而，这种观点并不是很全面。首先，以英飞凌为代表的硅基 IGBT 随着包装技术的进步，技术也在进步，IGBT 设备的性能和功率密度越来越高。同时，可以对不同应用程序开发的产品进行一些特殊的优化，从而提高硅设备在系统中的性能，进而提高系统的性能和性价比。因此，第三代半导体的发展过程必须伴随着硅设备。在技术发展的同时，考虑到不同应用的大规模商业价值因素，在所有应用场景中快速更换硅设备是不现实的。

1 新能源汽车的机遇

续航里程和电池装机量是新能源汽车相关领域的关键，SiC 该技术可以显著提高，技术可以显著提高续航里程，降低电池装机容量和成本。SiC 越来越多的应用，尤其是牵引主逆变器和车载充电器OBC 以及高低压 DC-DC 转换器中。SiC 为上述应用带来的技术优势。

牵引主逆变器：

● 超过提高电池利用率 5%；

● 系统尺寸可以降低更高的功率密度；

● 导通损失较低；

● 比硅基 IGBT 开关损耗较低；

● 冷却要求低，被动元件少，从而降低系统成本。

车载充电机 OBC 及 DC-DC：

● 更快的开关速度有助于降低被动元件，从而提高功率密度，或实现更小的尺寸；

● CoolSiC 车规级 MOSFET 行业内高速开关损耗最低；

● 在 PFC 和 DC-DC 在这个阶段，可以提高车载充电机的效率 因此，冷却要求较低；

● 支持图腾柱拓扑结构的双向充电。

需要强调的是，未来几年，不同的半导体技术将在市场上并存，在不同的应用场景中具有特殊的优势。基于不同的里程、效率和成本，SiC 和硅基 IGBT 各有各的发挥空间。例如，SiC 后轮主牵引驱动可提高巡航里程；硅基 IGBT 前轮用于优化成本。在极端情况下，如车载充电机，在同一架构下，多达五种不同的半导体技术，包括 IGBT，硅基二极管、硅基MOSFET，超结 MOSFET 和 SiC MOSFET。

2 氮化镓和碳化硅的应用目标

与传统硅材料相比，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）以第三代半导体材料为代表，具有较大的禁带宽度和较高的临界场强度，使基于这两种材料制成的功率半导体具有耐高压、导电阻低、寄生参数小等优良特性。碳化硅和氮化硅许多不同。

不同目标应用的适用电压等特性不同：碳化硅适用的电压范围为 650 V-3.3 kV，是 1200 V 上述高频设备具有功率密度高、应用广泛的特点，如太阳能逆变器、新能源汽车充电、轨道交通、燃料电池中的高速空气压缩机DC-DC 以及电动汽车电机驱动和数字化趋势下的数据中心，这些都将成为碳化硅的应用市场。英飞凌在这些市场上超越了 3000 客户提供碳化硅产品。

与碳化硅相比，氮化镓的适用电压范围低，从中压 80 V 到 650 V。但它具有快速开关频率的特点，氮化镓的开关频率可以达到 MHz 因此，它适用于开关频率最高的中等功率应用，如快速充电、数据中心等。

与朋友相比，英飞凌具有硅、氮化镓、碳化硅三种主要功率半导体技术，在半导体设计、生产和各种应用领域积累了丰富的经验，完全以客户需求为导向，提供优秀的产品和解决方案，满足客户独特的应用需求。

3 氮化镓着陆的技术挑战和英飞凌的解决方案

在过去的两年里，硅基氮化镓开关设备的商业化过程和五年前市场的普遍观点发生了很大的变化，其中基于高功率密度快速充电的快速增长是显而易见的。这说明技术只是影响新材料市场发展的诸多因素之一。在接下来的五年里，我们对氮化镓的应用领域更为乐观充电、服务器 / 通信电源、电机驱动、工业电源、音响、无线充电、激光雷达等，快速充电将继续引领氮化镓开关设备的市场增长。

硅基氮化镓作为一种功率开关装置，在商业化过程中，除了性能和价格外，最受关注的话题是长期可靠性。目前，氮化镓开关器件大多生长在硅衬底上，以二维电子气为沟道 GaN HEMT。从 2010年 IR 业内发布的第一款硅基氮化镓开关设备，可以说对硅基氮化镓的研究非常深入，但近年来真正的大规模应该是。相对而言，硅乃至碳化硅在市场上运行的时间要长得多，现有设备的数量也要大得多。因此，与其他两种材料相比，氮化镓的故障案例要少得多。这也是消费者快速充电成为氮化镓快速增长引擎的原因之一。此外，由于硅基氮化镓的超小寄生参数，它不仅给用户带来了极低的开关损耗，而且大大提高了驱动此类设备的难度。

(注:本文自转载《IC2022年7月，代理商