在純電動汽車的眾多電子系統中，功率電子設備是核心所在，而半導體在其能源管理中發揮著關鍵作用，確保能源的高效使用。由碳化硅制成的金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）更是能將電動出行的效率提升到全新的水平。雖然半導體技術已在某些領域廣泛應用，但在某些汽車應用中仍處于初期階段。作為半導體制造商和汽車專家，博世對碳化硅的未來持樂觀態度。

碳化硅屬于寬禁帶半導體材料，這種較寬的禁帶相較于硅具有若干優勢：得益于更高的擊穿場強，這些特殊半導體能夠在較低導通電阻下阻擋更高的電壓，使其成為高壓應用的理想選擇。此外，改進的溫度穩定性確保該半導體即使在接近400華氏度（約204攝氏度）的高溫下也能保持其性能。碳化硅的另一個關鍵優勢在于其更高的載流子遷移率，這使其相比傳統硅基解決方案能夠顯著提高開關頻率。這些優勢共同提升了整體效率。

01為什么碳化硅值得關注

碳化硅的主要優勢因芯片應用的車輛部件不同而有所差異。在電動汽車中，碳化硅主要增強了電力電子設備，尤其是逆變器、DC/DC轉換器和車載充電器。碳化硅在逆變器中的應用提高了效率，從而增加了續航里程。

碳化硅MOSFET的開關瞬態比硅基IGBT高，允許更快的開關速度。通過提高開關速度，總體開關損耗減少了大約50%。此外，碳化硅技術支持更高的開關頻率，可達到24 kHz。這一能力顯著提升了DC/DC轉換器和車載充電器的效率，使系統更為緊湊、輕便。配備碳化硅半導體的逆變器提高了電驅動系統的整體效率，結合其它系統改進，減少了電能消耗。這增加了電動汽車的續航里程，或者說，可以根據車輛類型和應用優化電池容量以節省成本。

02碳化硅芯片正在占領市場

盡管有眾多優勢，但目前并非所有電動汽車都配備碳化硅芯片。其中一個原因是碳化硅半導體比相應的硅元件更昂貴。碳化硅晶錠的生產需要極高的溫度——約3600華氏度（約1982攝氏度）——并且在原材料變成芯片之前需要超過300個工藝步驟和十多個掩膜或結構層。因此，碳化硅的使用通常需要經過仔細的成本效益分析。

目前基于碳化硅技術的逆變器主要用于高性能車輛，在這些車輛中碳化硅的優勢最為明顯，特別是基于800伏技術的車輛應用中。隨著產量的增加，碳化硅的成本最終將下降，使得該技術在更多車輛部件和車型中使用變得越來越有價值。

03為電動駕駛而設計

博世是碳化硅技術的早期采用者。公司于2001年開始開發首批碳化硅半導體，并在2011年推出了首款MOSFET原型。從一開始，博世的半導體開發就針對汽車行業的需求量身定制。車用半導體與其他應用半導體相比面臨完全不同的條件。例如，汽車所經歷的溫度波動對電子元件造成了重大壓力。此外，博世還必須應對更高的質量要求。考慮到汽車的使用周期較長，半導體器件的壽命必須能夠與整車壽命相匹配。博世的芯片設計反映了這些需求。

溝槽MOSFET的柵氧化物設計是一個典例。博世為碳化硅芯片開發了自己的制造工藝，適應了博世自有的溝槽蝕刻技術。該工藝通常在行業內被稱為“博世工藝”，最初于1994年為MEMS傳感器開發。它能夠將高精度的垂直結構蝕刻到晶圓材料中。與傳統的平面結構不同，柵極是垂直的。絕緣氧化物不僅覆蓋芯片表面，還深入其中。這種結構確保了更高的功率密度，同時保證了較長的使用壽命。這一點尤為重要，由于該元件將在車輛中長時間持續承受高電壓，其可靠性至關重要。

汽車行業是推動碳化硅技術發展的關鍵參與者。隨著時間的推移和生產量的增加，行業將實現規模經濟，從而降低成本，未來碳化硅的應用市場廣闊。博世作為碳化硅技術的先鋒，始終追求卓越，專注技術創新，致力于推動電動出行的發展。