氮化镓和碳化硅的下一个浪潮

2021-08-18 EPC
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根据将氮化镓和碳化硅材料的电子从价带转移到导带所需的能量,氮化镓和碳化硅器件被指定为宽带隙 (WBG) 半导体,其中SiC为3.2 eV,GaN为3.4 eV,而硅器件仅为1.1eV。WBG的击穿电压更高,在某些应用中可以达到 1,700 V。在今年5月份举行的线上PCIM Europe展览会上,一些公司展示了他们在 GaN 和 SiC 方面的最新技术,并针对 WBG 技术的未来发展方向分享了自己的见解。

据 Yole Développement 称,GaN 功率器件市场销量在 2020 年翻了一番,突显了智能手机快速充电器惊人的增长速度,并揭示了电信和汽车市场的发展趋势。Yole 预计 GaN 消费类电源市场将成为主要驱动力,到 2026 年将占据超过 60% 的市场份额。预计 GaN 器件市场总量将从 2020 年的 4600 万美元增长到 2026 年的约 11 亿美元,复合年增长率为 70%。

       

在 PCIM 活动期间,EPC 重点介绍了其用于飞行时间(ToF) / LiDAR 系统的 GaN 技术,并且希望将此技术用于更多的应用,包括无人机、机器人、自动驾驶汽车以及真空吸尘器等领域。与此同时,Nexperia宣布了其最新的第二代GaN 技术。Yole 断言,从长远来看,如果 GaN 能以较低的价格证明其可靠性和大电流能力,该技术可以渗透到更具挑战性的 EV/HEV 逆变器市场和保守的工业市场,从而为GaN创造更可观的销量。事实上,Nexperia 和 VisIC 正在研究GaN 解决方案,为了能与 xEV 逆变器中的 SiC 和硅竞争。

       

新的SiC设计也在努力满足电动汽车的高功率要求。然而,SiC仍然比硅更昂贵,而且硅技术也在继续前进,出现了三级和其他硅电路拓扑,用以提高效率。因此,重要的是要确定使用 SiC 可实现的节能或其他技术优势足以证明成本合理的应用。


Microchip的客户经理Marc Rommerswinkel在PCIM会议期间表示,与基于硅的解决方案相比,他对SiC的优势毫无疑问。这包括由于更低的开关损耗而提高的效率,以及由于更高的开关频率和更小的冷却系统而降低的系统尺寸、成本和重量。然而,Rommerswinkel表示:“碳化硅可以非常快速地切换,并且任何寄生电感都可能由于振铃,过冲和下冲引起一系列问题,从而导致EMC问题和系统损坏。”“如果要使用碳化硅,就需要考虑:可靠性和比如亚阈值、雪崩能力或体二极管稳定性等数据,而这些只是需要考虑的部分参数。”

      

SiC器件具有比硅更高频率的基准开关性能,并且几乎没有反向恢复。此外,这种卓越而稳定的开关性能与温度无关。SiC 能够承受更高的工作电压、电流和开关频率,再加上其高效率和出色的热管理,使该半导体成为包括汽车在内的多种电源应用中硅的理想替代品。在电动汽车牵引逆变器中,SiC被证实可以支持更长的续航里程和更高效的驾驶循环性能。

      

不同材料设备类型的性价比趋势在不断演变。 因此,硬件工程师需要一个标准化的功耗评估工具来考量市场上所有类型的设备,从而做出最佳决策。


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