隨著對(duì)電動(dòng)汽車（EV）需求的持續(xù)增長(zhǎng)，制造商正在比較兩種半導(dǎo)體技術(shù)，即碳化硅和硅，用于電力電子應(yīng)用。碳化硅（SiC）具有耐高溫、低功耗、剛性，并支持EV電力電子設(shè)備所需的更小、更薄的設(shè)計(jì)。SiC當(dāng)前應(yīng)用的示例包括車載DC/DC轉(zhuǎn)換器、非車載直流快速充電器、車載電池充電器、電動(dòng)汽車動(dòng)力總成和LED汽車照明。

據(jù)《汽車世界》報(bào)道，隨著電池和電機(jī)制造商達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)的物理極限，需要開發(fā)更高效的傳動(dòng)系統(tǒng)，SiC技術(shù)還可以推動(dòng)未來的電動(dòng)汽車創(chuàng)新。在接受半導(dǎo)體工程采訪時(shí)，Cree首席技術(shù)官約翰·帕爾莫（John Palmour）以電動(dòng)汽車行業(yè)，尤其是工程師可以欣賞的方式將碳化硅與硅進(jìn)行了比較?！澳憧梢杂锰蓟柚圃炷阏嬲胍墓杵骷捎诠璧奈锢硖匦?，在這個(gè)電壓范圍內(nèi)是不實(shí)用的。

帶隙的重要性

碳化硅在電動(dòng)汽車應(yīng)用和其他電力電子設(shè)備中的實(shí)用性在很大程度上取決于其寬帶隙，寬帶隙以電子伏特（eV）為單位測(cè)量，并描述了將電子從材料的價(jià)帶激發(fā)到其導(dǎo)帶所需的能量。硅（Si）是一種半導(dǎo)體，長(zhǎng)期以來一直是集成電路（IC）和光伏晶圓的首選材料，其帶隙為1.12 eV。砷化鎵（GaAs）是一種用于太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體，其帶隙為1.42 eV。相比之下，碳化硅的帶隙明顯更寬，為3.26 eV。

憑借這種更寬的帶隙，碳化硅更適合更高功率的應(yīng)用和與之相關(guān)的更高溫度。帶隙與擊穿電壓有關(guān)，擊穿電壓是絕緣體的一部分變得導(dǎo)電的點(diǎn)。硅的擊穿電壓約為600V，但基于SiC的器件可以承受高達(dá)<>倍的電壓。由于帶隙會(huì)隨著溫度的升高而縮小，因此更寬的帶隙材料也可以承受更高的溫度。碳化硅的剛性也提供了一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，不會(huì)因熱而膨脹或收縮。

碳化硅的更寬帶隙還支持更快、更高效的開關(guān)和更小、更薄的器件。由于碳化硅的電壓差或電位差不需要分布在盡可能多的材料上，因此SiC器件的厚度可以小于Si器件厚度的十分之一。這些更快、更薄的解決方案具有更小的阻力，因此更少的能量損失在熱量中，從而提高效率。此外，碳化硅更高的導(dǎo)熱性允許更有效地傳輸熱量，并且可以減少或消除對(duì)散熱器的需求。

用于電動(dòng)汽車電力電子的碳化硅器件：優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

據(jù)報(bào)道，Cree估計(jì)，去年全球碳化硅器件市場(chǎng)首次超過100億美元。如今，該公司的SiC解決方案正在為不斷增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車市場(chǎng)中的各種高壓、高溫組件提供支持。由于電動(dòng)汽車的不同系統(tǒng)由不同的電壓供電，因此一些硅器件還需要將正確的電壓轉(zhuǎn)換并分配給車窗升降機(jī)、照明、推進(jìn)器和暖通空調(diào)。與硅器件相比，SiC技術(shù)以更高的速度、可靠性和效率支持這些功能。

碳化硅卓越的開關(guān)速度也支持開發(fā)更快的充電器。板外充電器將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，用于電池存儲(chǔ)。車載電池充電器將來自電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供主驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用。碳化硅比硅更快地執(zhí)行這些功能，并且熱量和能量損失更少。此外，碳化硅組件的尺寸可以是硅器件的一半（或更小）。隨著碳化硅制造商繼續(xù)減少材料缺陷，碳化硅器件的價(jià)格預(yù)計(jì)將下降，這對(duì)未來的電動(dòng)汽車應(yīng)用來說是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

無錫國(guó)晶微半導(dǎo)體技術(shù)有限公司是寬禁帶第三代半導(dǎo)體碳化硅SiC功率器件、氮化鎵GaN光電器件以及常規(guī)集成電路研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的高科技創(chuàng)新型企業(yè)，從事碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管，碳化硅肖特基二極管、GaN光電光耦繼電器、單片機(jī)集成電路等產(chǎn)品芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與銷售并提供相關(guān)產(chǎn)品整體方案設(shè)計(jì)配套服務(wù)，總部位于江蘇省無錫市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)，并在杭州、深圳和香港設(shè)有研發(fā)中心和銷售服務(wù)支持中心及辦事處。

公司具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的研發(fā)實(shí)力，專注于為客戶提供高效能、低功耗、低阻值、品質(zhì)穩(wěn)定的碳化硅高低功率器件及光電集成電路產(chǎn)品，同時(shí)提供一站式的應(yīng)用解決方案和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持服務(wù)，使客戶的系統(tǒng)性能優(yōu)異、靈活可靠，并具有成本競(jìng)爭(zhēng)力。

公司的碳化硅功率器件涵蓋650V/2A-100A，1200V/2A-90A，1700V/5A-80A等系列，產(chǎn)品已經(jīng)投入批量生產(chǎn)，產(chǎn)品完全可以對(duì)標(biāo)國(guó)際品牌同行的先進(jìn)品質(zhì)及水平。先后推出全電流電壓等級(jí)碳化硅肖特基二極管、通過工業(yè)級(jí)、車規(guī)級(jí)可靠性測(cè)試的碳化硅MOSFET系列產(chǎn)品，性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，應(yīng)用于太陽(yáng)能逆變電源、新能源電動(dòng)汽車及充電樁、智能電網(wǎng)、高頻電焊、軌道交通、工業(yè)控制特種電源、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。由于其具有高速開關(guān)和低導(dǎo)通電阻的特性，即使在高溫條件下也能體現(xiàn)優(yōu)異的電氣特性，大幅降低開關(guān)損耗，使元器件更小型化及輕量化，效能更高效，提高系統(tǒng)整體可靠性，可使電動(dòng)汽車在續(xù)航里程提升10%，整車重量降低5%左右，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)用充電樁的高溫環(huán)境下安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

特別在高低壓光耦半導(dǎo)體技術(shù)方面更是擁有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。在國(guó)內(nèi)創(chuàng)先設(shè)計(jì)開發(fā)了28nm光敏光柵開關(guān)PVG芯片技術(shù)，并成功量產(chǎn)應(yīng)用于60V、400V、600V高低壓、低內(nèi)阻、低電容的光電耦合繼電器芯片、涵蓋1500kVrms SOP超小封裝及3750kVrms隔離增強(qiáng)型常規(guī)SMD、DIP等不同封裝，單路、雙路、混合雙路、常開常閉等電路產(chǎn)品，另包括200V SOI MOS/LIGBT集成芯片、100V CMOS/LDMOS集成芯片、8bit及32bit單片機(jī)等集成電路產(chǎn)品，均獲得市場(chǎng)及各重點(diǎn)科研單位、檢測(cè)機(jī)構(gòu)的新產(chǎn)品認(rèn)定。

公司核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)中大部分工程師擁有碩士及以上學(xué)位，并有多名博士主持項(xiàng)目的開發(fā)。公司建立了科技創(chuàng)新和知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理的規(guī)范體系，在電路設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體器件及工藝設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、器件模型提取等方面積累了眾多核心技術(shù)，擁有多項(xiàng)國(guó)際、國(guó)內(nèi)自主發(fā)明專利。

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審核編輯：彭菁