意法半导体：碳化硅和氮化镓互补，赋能碳中和

意法半导体在IIC Shanghai - 2024国际集成电路展览会暨研讨会同期举办的国际绿色能源生态发展峰会上表示，意法半导体承诺将于2027年实现碳中和(在范围1和2内完全实现碳中和，在范围3内部分实现碳中和)。意法半导体的解决方案能够在从电动汽车、可再生能源电网到智能工业等各种环境应用中，实现向地球友好型替代品的过渡。

意法半导体亚太区功率分立和模拟产品器件部市场和应用副总裁Francesco Muggeri

计划到2027年100%使用可再生能源

Francesco Muggeri指出，我们所生活的世界，能源运作效率远未达到理想状态。以传统石化引擎汽车为例，能源实际利用率仅为20%，数据显示，美国每日汽车消耗890万桶石油，但在能源输配运送过程以及由于传统汽油汽车内燃效率低等因素，当中损耗了80%。仅约180万桶汽油当量实际驱动汽车，损耗巨大。而每年这些损耗相当于500个核电站发电量，能源利用低效问题凸显。因此，提升能源效率势在必行，需发展可再生能源、优化能源输配，并探索降低二氧化碳排放的途径，以应对全球变暖挑战。

众所周知，可持续发展和可持续技术是意法半导体愿景和解决方案的核心，意法半导体宣布将于2027年实现碳中和目标 (在范围1和2内完全实现碳中和，在范围3内部分实现碳中和)，这一目标具体如何实现呢？

我们的碳中和计划包括一个全方面策略，涵盖了五大领域。

• 首先，我们致力于通过采取措施，如PFC减排系统，实现减少直接排放。
• 自 2018 年起，我们开始投资节能项目，以减少与所有 ST 工厂用电量相关的间接碳排放量，我们目标到 2027 年实现每年节约 150GWh电量。
• 除能耗外，我们还致力于在 2027 年前实现整个ST企业100%使用可再生电力。
• 我们以实际行动和努力，尽量减少运输和员工通勤所造成的间接排放。
• 最后，对于那些无法避免的排放领域，我们将通过可靠和稳健的碳封存解决方案进行抵消。我们不会逃避碳补偿。

Francesco Muggeri表示，在市场中，数以百万计的汽车和电动车需要充电站供电，同时也有大量的光伏逆变器在运行，这些都是实现碳中和可持续化的关键环节。要实现这些目标，需要一个更科学的方法，来审视电力与半导体之间的紧密联系。

观察能源体系，我们可以看到能源发电、输电配电等环节，将电力输送到城市、家庭、农场，电力需求持续增长。在这个大背景下，我们需要一个全局的视角来理解整个能源系统：

• 首先，传统的集中式能源生产正在向混合型转变，随着光伏的普及和成本下降，分布式能源生成成为重要方式。 
• 其次，能源生产方式的转变也在发生，太阳能和风能发电从传统的AC-DC，到DC-DC的方式变革，有助于能源的节约。

Muggeri强调了半导体行业在能源领域扮演着重要角色：“作为半导体公司，我们致力于推动微电网的发展。通过光伏和风能生产的直流电，实现微电网的构建，与以往的AC-DC相比，DC-DC可提高8%-15%的能源效率。”

Muggeri指出：“通过改变半导体材料，如从硅到碳化硅的转变，我们可以将能源效率从82%，提升至90%，这8%的效率提升相当于节省了12个核电站的发电量。”

宽禁带（WBG）材料在碳中和中扮演了什么角色？

相比传统的硅材料，WBG材料（例如碳化硅，氮化镓等）具有更高的击穿电压和电子漂移速度，这使得WBG材料能够承受更高的电压和提供更高的电子运动速度。在碳中和领域，这种特性使得WBG技术成为电力电子设备和能源转换系统中的理想选择。

Aspencore数据显示，到2030年，碳化硅的预计销售额将达到200亿美元，其应用前景十分广阔。

以汽车领域来说，将碳化硅应用于电动汽车中，可实现超过600公里，甚至更远的续航里程，其电池的充电速度也更快，汽车更轻，并至少提升50%的电池效率，进一步降低总成本，这将显著减少未来的能源消耗。

再以工业领域为例，使用基于WBG的变速驱动器（vsd）可以减少电机50%的能耗，效率更高、尺寸更小、功率密度更高，以及整体系统成本更低。

意法半导体的宽禁带（WBG）材料创新 

Muggeri表示，意法半导体去年在碳化硅领域的收入达到了11.4亿美元，这使意法半导体在这一市场上处于前列。

此外，意法半导体的技术还解决了传统技术中的挑战，如平面结构和硅片良率问题。Muggeri：“我们成功地减少了衬底在SiC晶体管总成本的占比，这是一项重大的技术突破。“

同时，Muggeri表示意法半导体也看到了氮化镓市场的巨大潜力：“虽然意法半导体的氮化镓技术目前还不如碳化硅成熟，但它具有高频率和功率密度的优势，这使得它在缩小无源器件尺寸和提高效率方面具有巨大的应用前景，我们的MasterGaN和VIPerGaN技术正是针对这一市场需求而研发的。”

据介绍，意法半导体还将碳化硅和氮化镓视为互补技术，可确保全面覆盖几乎所有商用功率水平，其不同特性可在不同系统和工作条件下提供特定优势。能够同时提供这两种WBG技术，并为客户提供广泛和高度专业化的支持，使ST成功跻身可持续电源解决方案最佳半导体垂直整合制造商(IDM)之列。根据不同的应用和拓扑结构，混合解决方案可以利用GaN的高开关频率和SiC的高功率处理能力。

一个完美的例子是用于电动汽车（EV）充电站的 SiC-GaN 混合三相逆变器，其中 SiC 用于从电网向电池传输电力，而 GaN 则用作高频驱动器和开关，以实现功率因数校正和波形滤波。另一个例子是 2.5-5 kW 电信服务器转换器，其中图腾柱级使用 SiC，LLC 级使用 GaN，以实现高频操作。这些混合解决方案可实现紧凑、高效和高产出的系统，能够安全地传输千瓦级的功率。

在汽车领域，目前正在研究 SiC-GaN 混合配置，以优化关键电动汽车牵引逆变器应用的性价比。

意法半导体在供应链方面有着广泛的布局。我们拥有自己的衬底生产线，并在瑞典、意大利进行了投资。意法半导体还开展在中国的投资，旨在满足中国市场对碳化硅的巨大需求，并与中国的合作伙伴共同解决半导体市场的供需问题。

总结：机会是给有准备的企业

综合上述内容我们不难看出，意法半导体已全面布局市场，力求各项业务中保持连贯性与价值，以实现可持续发展。

据介绍，意法半导体的业务主要聚焦于三大领域：智能出行，电源与能源，云连接的自主化设备。目前已拥有丰富多样的产品组合，并广泛应用于各类电源与能源及汽车中。Muggeri：“我们的产品不仅具备高效能，而且注重成本优化，致力于降低终端用户的总成本。”

意法半导体积极助力全球提升效率，降低能源消耗，为创造一个更环保、更经济的世界贡献力量。未来，将继续秉承可持续发展理念，不断创新产品与技术，为客户提供更加高效、环保的解决方案，共同推动全球可持续发展的进程。