Page 16 - 第三代半導體—— 碳化矽材料製程與分析

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SPOTLIGHT
的新應用來分析，Nexperia說明， 因為電動車動力是從電池而非燃 油，衍生出寬能隙半導體的機會， 而車輛電氣化後，許多車內設備 的電子化便如雨後春筍般應運而 生，從螢幕、按鍵、先進駕駛輔助 系統(ADAS)、雷達/光達(LiDAR) 偵測...等，可以說整台車彷彿是 一個行車電腦，更不用說未來的 自動駕駛、V2X應用等對通訊元 件的需求。
可提升巡航里程;矽基IGBT用於 前輪，以便最佳化成本。在極端 情況下，如OBC中，同一架構將會 同時採用多達五種不同的半導體 技術，包括IGBT、矽基二極體、矽 基MOSFET，超結 MOSFET和SiC MOSFET。
其優勢，而有更大的發展機會?答 案自然是肯定的。
這些應用需求，將帶動車輛 導入更多包括小功率的二極體、 電晶體、邏輯元件，到大功率的Si MOSFET，以及SiGe二極體...等符 合AEC-Q101標準的元件。
強茂將於2023年第四季推出 SiC MOSFET新產品，則是延伸 SiC二極體產品的新領域。強茂 介紹，較早期的SiC MOSFET產 品設計必須要有閘極驅動線路來 最佳化、最大化的表現，然而近 期的SiC MOSFET設計以一般矽 MOSFET來驅動即可，客戶不需要 再準備特殊的閘極驅動器，可獲得 低成本的優勢。
強茂表示，除了電動車應用 外，高效率能源轉換、伺服器電源 供應器、遊戲機電源供應器，LED 電源供應器、太陽能逆變器，能源 儲存系統及家用電器都需要SiC元 件提供效率。Nexperia認為，SiC 的應用會基於其與生俱來的特性 而被大量應用於高電壓與大功率 場域。如綠能轉換、DC-AC轉換 器、HPC伺服器電源供應器、5G 基地台、不斷電系統(UPS)...等; 而GaN則會著重在高頻率應用產 品，例如手機充電器已經大量採用 GaN FET，這股風潮也已開始吹向 筆電、螢幕、電視、遊戲機等產品 的適配器。
高金萍強調，在未來幾年中， 不同的半導體技術將並存於市場 中，在不同的應用場景中分別具 有特殊的優勢。例如在牽引逆變 器中，基於不同的里程、效率和成 本考量，SiC和矽基IGBT各有各的 發揮空間——SiC用於後輪驅動，
電動車之外的更多發展空間 GaN和SiC可承受比矽和III-V
從市調機構的統計可發現，電 動車及車輛應用儼然已成為寬能 隙半導體市場成長的主要推手，在 電動車之外，寬能隙元件能否憑藉
元件更高的電場，意味著它們可以 處理更高的功率密度和工作溫度。 因此，陳川迅指出，GaN具更高的 輸出阻抗等優勢，這使功率放大器 和功率組合的阻抗匹配更容易，從 而在許多射頻功率應用中實現更 廣泛的頻率覆蓋和更大的適應性。
材料
矽(Si)
氮化鎵(GaN)
碳化矽(SiC)
能隙結構
間接能隙
間接能隙
直接能隙
能隙寬度(eV)
1.12
3.42
3.2
電子遷移率(cm2/Vs)
600
2000
1000
介電常數
11.9
9
10.1
擊穿場強(kV/cm)
0.4
3.3
2.8
電子飽和漂移速率(107cm/s)
1
2.7
2.2
熱導率(W/cm·K)
1.5
1.3
4.9
元件理論最高工作溫度(°C)
175
800
600
高 金 萍 總 結，S i C 損 耗 低，功 率 密度高，因此充電樁、太陽能逆變 器、工業電源供應、電動車、軌道 交通、馬達驅動，以及受到數位化 趨勢驅動的資料中心等，都將成為 SiC的主要應用市場。
矽、GaN、SiC比較。
www.eettaiwan.com | 2022年7月
(製表:EE Times China)
GaN則是在結構緊湊、高性能 和特別高效的充電系統領域得以發 揮所長，如行動裝置等消費性電子 的充電頭，以及電信設備的電源供 應器等。