宽禁带功率器件让人“爱恨交织”大满贯选手教你如何一招选型

根据Omdia的《2020年SiC和GaN功率半导体报告》，得益于混合动力和电动汽车、电源和光伏(PV)逆变器的需求，新兴的碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)功率半导体市场的销售收入预计将从2018年的5.71亿美元增至2020年底的8.54亿美元，并在2021年突破10亿美元大关。未来十年内，该市场的规模将以年均两位数的增长率，一路攀升至2029年的50亿美元。
GaN和SiC功率半导体的全球市场收入预测（百万美元）与传统主流的硅材料相比，作为新材料的SiC和GaN有哪些特性？
以SiC为例，如下图所示，从物理特性来看，SiC与硅材料的电子迁移率相差不大，但其禁带宽度、临界场强、热导率和电子迁移速度分别是硅材料的3倍、7倍、3倍和2倍。这意味着基于碳化硅和氮化镓材料的功率半导体具有高耐压、低导通电阻、寄生参数小等优异特性，当应用于开关电源领域中时，具有损耗小、工作频率高、散热性等优点，可以大大提升开关电源的效率、功率密度和可靠性，也更容易满足器件轻薄短小的要求。

Si、SiC和GaN关键参数对比功率器件的大满贯选手
宽禁带功率器件、甚至全部功率器件的选型应当有何考虑？
作为同时拥有硅、碳化硅和氮化镓全系列功率器件开发和制造能力的厂商，英飞凌有着更全面的应用经验和客户需求了解，能够根据不同的应用场景提出相应的解决方案，从微安到兆瓦应有尽有，包括高度可靠的IGBT、功率MOSFET、氮化镓增强型HEMT、分立器件，以及所有形式的交直流电源和数字电源转换。
以600V/650V CoolMOS、CoolSiC与CoolGaN的应用定位为例，硅在电压范围为25V-1.7kV仍是主流技术，适用于从低到高功率的应用；碳化硅适用的电压范围是650V-3.3 kV，适用于开关频率从中到高的大功率应用；而氮化镓适用的电压范围是80V-650V，适用于开关频率最高的中等功率应用。
应用领域在600V和650V电压等级，CoolMOS、CoolSiC和CoolGaN可以实现共存，以满足电动车充电、电机驱动加OBC(车载充电器)、电池化成、数据中心和电信开关电源、工业开关电源、太阳能光伏逆变器、储能、UPS等各种应用的需求。

Si、SiC和GaN在600V和650V电压等级的价值主张“2020年推出的650V CoolSiC MOSFET器件是英飞凌最具代表性的产品之一。其额定值在27 mΩ-107 mΩ之间，既可采用典型的TO-247 3引脚封装，也支持开关损耗更低的TO-2474引脚封装。与过去发布的所有CoolSiC MOSFET产品相比，全新650V系列基于英飞凌先进的沟槽半导体技术。通过最大限度地发挥碳化硅强大的物理特性，确保了器件具有出色的可靠性、出类拔萃的开关损耗和导通损耗。此外，它们还具备最高的跨导水平(增益)、4V的阈值电压(Vth)和短路稳健性。”
英飞凌650V CoolSiC MOSFET系列考虑到碳化硅的驱动方式跟传统硅的驱动方式并不相同，为了让使用者能够获得更好的元件性能、更高的稳定度和更优化的设计，英飞凌还提供专用驱动IC搭配其碳化硅MOSFET。例如，为了简化采用650 V CoolSiC MOSFET的应用设计，确保器件高效运行，英飞凌提供了专用的单通道和双通道电气隔离EiceDRIVER栅极驱动器IC。这个整合了CoolSiC开关和专用栅极驱动器IC的完整方案有助于降低系统成本和总拥有成本，以及提高能效。
除了CoolSiC产品系列，英飞凌全新的CoolGaN家族也正赋能各行各业。想要了解更多英飞凌宽禁带功率解决方案，请关注即将于9月7日-11日举办的“英飞凌电源与传感系统云端大会”。届时，英飞凌市场经理程文涛将发表题为“英飞凌的宽带隙功率解决方案：硅、碳化硅、氮化镓”的主题演讲，着重介绍三种材料的技术对比、市场定位以及未来发展趋势。
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