SiC器件：以汽车用途为突破口扩大利用

XJzy

[导读] 功率器件领域已经进入到Si（硅）、SiC（碳化硅）、GaN（氮化镓）三种半导体材料并用的时代。过去，人们一直利用硅的加工性能良好的特点，借助精雕 细琢的元件结构，提高功率器件的性能并扩大其应用。现在，利用宽能隙材料，也就是化合物半导体制造的器件也投入实用，在提高能效、电源系统小型化、提高耐 压等方面，其性能已经达到了硅器件无法企及的高度。

功率器件领域已经进入到Si（硅）、SiC（碳化硅）、GaN（氮化镓）三种半导体材料并用的时代。过去，人们一直利用硅的加工性能良好的特点，借助精雕 细琢的元件结构，提高功率器件的性能并扩大其应用。现在，利用宽能隙材料，也就是化合物半导体制造的器件也投入实用，在提高能效、电源系统小型化、提高耐 压等方面，其性能已经达到了硅器件无法企及的高度。

　　现在，有3种材料都在使用的厂商，也有集中于一种材料开拓用途的厂商，各家功率器件厂商之间，在保有的技术和业务方针上存在差别。

　　此次，日经技术在线以“功率半导体的主角是哪种材料”为主题，邀请到了经常与众多客户企业的系统开发者接触、贴近使用现场的功率器件厂商的工程师，请他们 介绍三种材料在现场应用的实际情况。要事先声明的是，工程师们回答的内容只是个人见解，并不代表其所属企业的观点。

　　【Q1】按照目前的设想，Si、SiC、GaN三种功率器件的用途有什么差别？

　　【回答】大容量应用使用SiC器件，电子产品电源的小型化适合使用GaN器件

　　化合物半导体类的功率器件，应该首先会从替换现有硅器件更有利的高附加值应用开始普及，然后从高耐压高输出功率的应用开始，大范围更新换代。能发挥高速工 作的优势、耐压为600V或650V以上的用途估计将采用GaN器件，耐压为1.2kV以上的用途估计将采用SiC器件。

　　SiC器件可以采用立式结构，用于大容量用途比较具有优势。而GaN器件适合横式结构，可以应用于GaAs HEMT等能够发挥高速开关优势的用途。电路频率升高后，原来在电源电路中占较大空间的变压器随之缩小，整个电源电路趋于小型化。有助于实现个人电脑、手 机、服务器电源的小型化和低功耗化。

　　【Q2】哪些用途是必须使用SiC和GaN等化合物半导体才能实现的？

　　【回答】纯电动汽车和混合动力车的电机控制系统

　　SiC器件的主要用途应该是车载设备。可以使纯电动汽车、混合动力车的电机控制系统损失的功率降低到1/10，实现低功耗化。将现在配备的硅制IGBT替 换为SiC制MOSFET，可以实现高速开关。如果开发出能充分发挥这一优势的电源电路，将非常有助于高耐压、大功率电路的小型化。而且还能实现高温下工 作，从而省去散热部件，还能降低总成本。

　　【Q3】三种器件是会继续并存，还是会最终统一为一种？

　　【回答】化合物半导体器件的应用会扩大，但硅器件不会被淘汰

　　SiC器件随着成本不断降低，已经进入普及阶段。而GaN器件还要先明确有哪些用途、采用有哪些好处。即使化合物器件在进化，企业也并不打算替换掉电源电 路使用的所有的硅器件。因为在使用中，低电压部分依然存在，在这些地方，硅器件应该还会继续保持主