近日，香港大學先進半導體和集成電路中心張宇昊教授和汪涵教授、美國弗吉尼亞理工大學電力電子研究中心（CPES）東棟教授、酈強教授、Richard Zhang教授、以及英國劍橋大學Florin Udrea教授共同在Nature Reviews Electrical Engineering發表題為"Wide-bandgap semiconductors and power electronics as pathways to carbon neutrality"的文章，深入探討了寬禁帶（WBG）半導體和電力電子技術在能源領域的重要作用，肯定了納微半導體在節能減排方面帶來的突出影響，為實現碳中和提供了新的思路和方向。

論文開篇指出，能源供應和消耗所產生的溫室氣體排放約占全球總量的 75%。要實現碳中和，需借助可再生能源發電、實現交通和建筑能源的電氣化轉換，以及提高電力轉換效率來減少能源損耗和溫室氣體排放。而這些目標的達成，離不開半導體和電力電子技術的進步。

回顧半導體的發展歷程，從早期的硅雙極結型晶體管和晶閘管，到后來的功率金屬 - 氧化物 - 半導體場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管，再到如今基于碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬禁帶材料的器件，每一次技術變革都推動了功率半導體性能的提升。WBG 和超寬禁帶材料的帶隙比硅大 3 - 5 倍，這使得WBG 器件具有更低的導通電阻、更高的臨界電場和熱穩定性，能夠在更高的溫度和頻率下運行，有效降低了能量損耗。

由于WBG 半導體推動電路向更高頻率發展，一些常見的電路拓撲結構，如兩級和三級硬開關相腿配置、軟開關諧振型電路、降壓轉換器等得到了廣泛應用。通過 WBG 器件與電路拓撲的聯合優化，功率轉換器的效率得以提高，尺寸也實現了小型化，這不僅提升了系統性能，還降低了成本。

第三代半導體、功率器件、轉換電路和電力電子應用對實現碳中和的重要作用

得益于以上的系統優勢，WBG半導體在光伏系統、電動汽車、數據中心和熱泵等領域得到了廣泛的應用：

在光伏系統中，使用 SiC 器件的逆變器效率比傳統硅基逆變器更高，能夠減少器件功率損耗和無源元件數量；

在電動汽車領域，采用 GaN 和 SiC 器件的車載充電器和電機驅動器效率大幅提升，功率密度也顯著增加；

數據中心使用 GaN 器件替代硅器件，可將電源轉換效率提高到約 99%，同時實現更高的功率密度；

在熱泵應用中，WBG 器件同樣有助于提高電機逆變器和 DC - DC 轉換器的效率。

值得一提的是，論文中特別提到了納微半導體（Navitas Semiconductor）。納微半導體在 WBG 半導體領域表現突出，在 2022 年被認證為CarbonNetural認證的半導體公司。文章認為納微半導體很好地證明了相對于生產所需的能源而言，寬禁帶功率半導體有潛力實現大量的能源節約。

原文對納微半導體在節能減排方面的肯定

文章認為納微半導體很好地證明了相對于生產所需的能源而言，寬禁帶功率半導體有潛力實現大量的能源節約：與傳統硅基半導體相比，WBG 半導體雖然在制造過程中的碳排放可能相對較高，但從系統層面來看，其在減少被動元件和冷卻系統需求、提高能源轉換效率等方面帶來的碳減排優勢明顯。納微半導體的碳中和實踐，為整個行業樹立了榜樣，證明了 WBG 半導體在助力實現碳中和目標上的可行性和有效性。

回顧納微節能環保的可持續發展之路，始終走在行業的前沿：

2021年5月：納微半導體成為首家加入科學碳目標倡議組織(SBTi)，承諾幫助實現《巴黎氣候協定》“將全球氣溫上升控制在1.5攝氏度以內”目標的氮化鎵功率芯片公司；

2021-2022年間，納微半導體多次與第三方獨立生命周期碳足跡評估專家EarthShift Global合作，進行組織生命周期（LCA）碳排放評估，量化納微的碳排放影響；

2022年2月，納微半導體發布了全球首個關于氮化鎵功率芯片的可持續發展報告。報告中正式宣告了氮化鎵功率芯片帶來的巨大減排增益：每出貨1顆GaNFast氮化鎵功率芯片，相對于傳統硅芯片可減少4kg的二氧化碳排放。

2022年6月，成為首家從頂尖碳中和及氣候融資顧問機構Natural Capital Partners獲得CarbonNeutral和碳中和公司認證的半導體公司。

這篇論文全面展示了 WBG 半導體和電力電子技術在能源領域的重要價值與應用前景，為相關領域的研究和實踐提供了關鍵參考，而納微半導體的成功實踐很好地證明了下一代功率半導體將成為塑造可持續發展的電氣化未來的關鍵因子。