碳化硅正被用于多種電力應用。ROHM 與意法半導體之間的協議將增加其在行業中的廣泛采用。

汽車和工業市場都在加速采用SiC 材料的能源解決方案。制造碳化硅 (SiC) 晶圓的過程比制造硅晶圓要復雜得多，而且隨著對 SiC 器件的需求不斷增加，制造它們的公司必須確定 SiC 晶圓的來源。

例如，羅姆和意法半導體最近簽署了一項多年協議，根據該協議，SiCrystal（羅姆集團的一部分）將向意法半導體提供價值超過 1.2 億美元的 150 毫米 SiC 晶圓。SiCrystal 將為意法半導體提供單晶碳化硅晶圓襯底（圖 1）。

為什么這個這么重要？因為 SiC 的特性特別適用于電動汽車、快速充電站、可再生能源和各種工業應用中使用的各種功率元件和設備。

圖 1：碳化硅晶圓（圖片：意法半導體）

碳化硅在能源方面具有許多優勢，這就是為什么它與它的表親 GaN 一樣，一直是并將成為新電力電子產品開發的關注焦點。

它們是主要的寬帶隙（WBG）半導體材料。SiC 可以承受更高的電壓，比典型的硅高 10 倍。這意味著在高壓電子應用中使用的串聯組件更少，從而降低了復雜性和系統成本。

SiC（肖特基勢壘二極管 (SBD) 已經在半導體行業中取代硅。GaN 可能成為特定市場的有力競爭者。采用 SBD 的逆變器顯著降低了恢復損耗，從而提高了效率。電源設計必須牢記幾個要求，包括空間和重量，這與效率一起發揮著重要作用。

SiC SBD 越來越多地應用于開關模式電源中的功率因數校正 (PFC) 電路和次級側橋式整流器。ROHM SiC SBD 產品組合包括 600-V 和 1,200-V 模塊，電流額定值范圍為 5 A 至 40 A。

傳統電力電子設備的效率沒有充分利用半導體的全部質量，以熱量的形式損失了大約 15% 的效率。由于其物理特性，SiC 半導體材料具有滿足這些市場趨勢要求的巨大潛力。較低的損耗對應于較低的熱量產生，這反映在更直接、更便宜、更小和更輕的冷卻系統中，因此更高的功率密度。低開關損耗允許提高開關頻率并減小組件尺寸。尺寸的減小或多或少與頻率的增加成正比。

SiCrystal GmbH 全球銷售和營銷負責人 Markus Kr?mer 表示：“基于電動汽車的應用場景，汽車制造商對電力電子系統提出了各種要求。其中包括對溫度變化的抵抗力、抗振性、不同溫度下的操作可靠性以及長壽命。

“此外，集成系統對高功率密度的要求已經被汽車制造商認為是不言而喻的。此外，整個系統成本以及產品設計階段的工作量都必須保持在較低水平，同時還必須保證產品質量和操作安全。所有這些要點以及我們目前認識到未來幾年對 SiC 產品的強勁需求增長這一事實強調了我們需要為客戶提供高質量的基板。該協議證實，從 SiC 基板到組件和模塊的成熟供應鏈至關重要。”

隨著時間的推移，我們所知道的硅可能會逐漸被淘汰。與硅相比，SiC 顯然具有許多優勢，但在成本和生產工藝方面仍需要改進。市場需要高效的設備，能夠處理高電壓和電流，并且能夠在比硅高得多的溫度下工作。新興產業對 SiC 和 GaN 有著強烈的需求。

從 2019 年到 2025 年，全球碳化硅市場預計將以 15.7% 的復合年增長率增長。該產品在電力電子設備中的使用越來越多，尤其是在電動汽車中，預計將保持更顯著的增長。

“到 2020 年 1 月，SiC 的市場規模約為 4.08 億歐元，”Kr?mer 說。“我們預計市場將進一步提振；因此，對 SiC 的擴展做出了很大貢獻。此外，我們相信 8 英寸市場將隨著 SiC 市場的增長而加速發展。”

審核編輯 黃昊宇