碳化硅半导体2021年技术展望

安森美半导体 2021-03-09 00:00

如何提升高压系统的实时性能? 如何增强能源基础设施的实时控制？

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随着宽禁带技术不断渗透到传统和新兴的电力电子应用中，半导体厂商一直在以惊人的速度开发其产品系列。其中一些已发布了多代技术产品。安森美半导体凭借其经证实的碳化硅(SiC) MOSFET器件性能和对客户一流的支持，是该领域的一个领袖。

例如，安森美半导体最近推出了650伏(V) SiC MOSFET，扩展了其宽禁带(WBG)器件阵容，从而创造了新机会使以前服务不足的功率带实现更高能效。在本文中，我们探讨2021年的市场趋势，以及原始设备制造商(OEM)如何利用领先半导体制造商的努力成果。

宽禁带半导体如SiC和氮化镓(GaN)，正在成为主流并与高增长应用领域如电动汽车(EV)和5G基站相关。然而，传统的硅基MOSFET有成本优势，仍用于大多数应用。您如何看待第三代半导体材料在2021年的发展趋势？

SiC和GaN将继续延伸到要求比传统硅器件提供更高能效或更高功率密度的应用。成本差异意味着现在宽禁带器件将主要用于减少整体系统成本。例如，这可通过去除冷却系统或减小无源器件的尺寸和成本来实现。由于WBG器件的开关频率更高，因此有可能实现这些缩减。短期内，我们将看到方案会结合硅和第三代半导体两种技术。如逆变器可搭配一个传统的硅IGBT和一个SiC二极管，以实现比转向全SiC更低的系统成本，同时仍提高能效和可靠性。

在5G时代，SiC MOSFET有哪些新的应用机会？您是否看到SiC MOSFET在这些应用领域的使用有显著增长？

5G可能比4G LTE的速度快20倍。为了更快的运行，需要处理更高功率、有更好散热能效的器件，使硬件不会过热，和为提高电源能效而优化。这些新平台的性能目标和SiC MOSFET的优势完美匹配，不只因为SiC非常适用于严苛的环境。这些优势意味着SiC在云服务和人工智能(AI)方面也发挥重要作用。需求在这些应用领域呈指数级增长，对更高功率密度的需求是设计工程师关注的焦点。

安森美半导体的竞争优势是什么？这如何得以在今年发布产品？

安森美半导体具备众多竞争优势，如内部供应链、制造专长、经验证和记录的SiC MOSFET提供最实惠的价格，及获得高度好评的客户支援。安森美半导体在全球功率半导体排名第二，与客户紧密联系，从而在他们的系统设计中发挥关键作用。我们不断扩展900 V和1200 V SiC MOSFET系列，又在2021年发布了650 V SiC MOSFET技术，正与客户一起工作于应用它的早期工程阶段。

我们一发布技术，就专注于提升产能以能提供短交期满足客户所需。我们持续与各应用领域的客户合作，包括汽车牵引逆变器、车载充电、EV充电、光伏、太阳能逆变器、服务器电源、电信和不间断电源(UPS)。我们还看到把WBG技术带入专业音频、专业照明、医疗、电动工具、电器、辅助电机等的更大推动力。

安森美半导体的产品已用在电动汽车上了吗？有和车厂合作吗？合作处于什么阶段？

我们的SiC MOSFET和SiC二极管现在已用在电动汽车上。我们和世界各地的汽车整车厂商(OEM)有多个合作项目，处于生产、认证、评估和开发的不同阶段。我们也为客户提供各种电动汽车参考设计。

新的650 V SiC MOSFET有何竞争优势？

新的车规AECQ101和工业级合格的650 V SiC MOSFET采用一种创新的有源单元设计，结合先进的薄晶圆技术，可在650 V击穿电压实现同类最佳的品质因数Rsp (Rdson * area)。

NVBG015N065SC1

NTBG015N065SC1

NVH4L015N065SC1

NTH4L015N065SC1

以上采用D2PAK7L和To247封装，具有市场最低的Rdson (12 mOhm)。

这技术还优化能量损失品质因数，从而优化了汽车和工业应用中的性能。内置门极电阻 (Rg)为设计人员提供更大的灵活性，而无需使用外部门极电阻人为地降低器件的速度。更高的浪涌、雪崩能力和短路鲁棒性都有助于增强耐用性，从而提供更高的可靠性和更长的器件使用寿命。

硅(Si)、SiC和GaN的下一步发展如何？会依次替代吗？

宽禁带器件(SiC和GaN)对电力电子的未来至关重要。这些技术正在创建以前由于材料的物理性质所不可能创建的器件。不过，硅MOSFET是经过50年完善并不断改进的器件。安森美半导体的下一步将是定制针对特定应用的技术。对客户而言，下一步是不断突破他们认为可能的极限，并挑战这些最先进的器件，以助他们达到期望的结果。

未来两到三年，对于SiC和GaN，最有前景的市场是？

我们预计看到SiC在工业电源和能量生成的市场份额将继续稳定增长，在汽车牵引逆变器的市场份额增长更快。GaN显示出在消费类电源等应用中大规模采用的迹象，在这些应用中，功率密度是个关键的设计目标。虽然GaN也适用其它更高要求的应用，但我们预期在约3年内不会达到同等规模的采用率。

开发SiC MOSFET有何行业挑战？安森美半导体的应对策略是？

SiC衬底开发是目前最大的瓶颈，半导体制造商包括安森美半导体正致力解决这问题。SiC衬底与传统的硅晶锭有很大不同。其生产涉及的所有方面，从所用设备、工艺及处理方式和切割方式，都是专为SiC开发。为此，安森美半导体投入了大量研发以降低缺陷密度，从而提高成本结构。这些努力已帮助促进客户采用SiC MOSFET。其它瓶颈包括但不限于外延生长、晶圆厂加工和封装。这供应链步骤的每一步都有独特的工程挑战，我们每天都在解决。