近日，香港大學(xué)先進(jìn)半導(dǎo)體和集成電路中心張宇昊教授和汪涵教授、美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)電力電子研究中心（CPES）東棟教授、酈強(qiáng)教授、Richard Zhang教授、以及英國(guó)劍橋大學(xué)Florin Udrea教授共同在Nature Reviews Electrical Engineering發(fā)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(dǎo)體和電力電子技術(shù)在能源領(lǐng)域的重要作用，肯定了納微半導(dǎo)體在節(jié)能減排方面帶來的突出影響，為實(shí)現(xiàn)碳中和提供了新的思路和方向。

論文開篇指出，能源供應(yīng)和消耗所產(chǎn)生的溫室氣體排放約占全球總量的 75%。要實(shí)現(xiàn)碳中和，需借助可再生能源發(fā)電、實(shí)現(xiàn)交通和建筑能源的電氣化轉(zhuǎn)換，以及提高電力轉(zhuǎn)換效率來減少能源損耗和溫室氣體排放。而這些目標(biāo)的達(dá)成，離不開半導(dǎo)體和電力電子技術(shù)的進(jìn)步。

回顧半導(dǎo)體的發(fā)展歷程，從早期的硅雙極結(jié)型晶體管和晶閘管，到后來的功率金屬 - 氧化物 - 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)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(shù)變革都推動(dòng)了功率半導(dǎo)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(dǎo)通電阻、更高的臨界電場(chǎng)和熱穩(wěn)定性，能夠在更高的溫度和頻率下運(yùn)行，有效降低了能量損耗。

由于WBG 半導(dǎo)體推動(dòng)電路向更高頻率發(fā)展，一些常見的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如兩級(jí)和三級(jí)硬開關(guān)相腿配置、軟開關(guān)諧振型電路、降壓轉(zhuǎn)換器等得到了廣泛應(yīng)用。通過 WBG 器件與電路拓?fù)涞穆?lián)合優(yōu)化，功率轉(zhuǎn)換器的效率得以提高，尺寸也實(shí)現(xiàn)了小型化，這不僅提升了系統(tǒng)性能，還降低了成本。

第三代半導(dǎo)體、功率器件、轉(zhuǎn)換電路和電力電子應(yīng)用對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和的重要作用

得益于以上的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，WBG半導(dǎo)體在光伏系統(tǒng)、電動(dòng)汽車、數(shù)據(jù)中心和熱泵等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用：

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

在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，采用 GaN 和 SiC 器件的車載充電器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器效率大幅提升，功率密度也顯著增加；

數(shù)據(jù)中心使用 GaN 器件替代硅器件，可將電源轉(zhuǎn)換效率提高到約 99%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的功率密度；

在熱泵應(yīng)用中，WBG 器件同樣有助于提高電機(jī)逆變器和 DC - DC 轉(zhuǎn)換器的效率。

值得一提的是，論文中特別提到了納微半導(dǎo)體（Navitas Semiconductor）。納微半導(dǎo)體在 WBG 半導(dǎo)體領(lǐng)域表現(xiàn)突出，在 2022 年被認(rèn)證為CarbonNetural認(rèn)證的半導(dǎo)體公司。文章認(rèn)為納微半導(dǎo)體很好地證明了相對(duì)于生產(chǎn)所需的能源而言，寬禁帶功率半導(dǎo)體有潛力實(shí)現(xiàn)大量的能源節(jié)約。

原文對(duì)納微半導(dǎo)體在節(jié)能減排方面的肯定

文章認(rèn)為納微半導(dǎo)體很好地證明了相對(duì)于生產(chǎn)所需的能源而言，寬禁帶功率半導(dǎo)體有潛力實(shí)現(xiàn)大量的能源節(jié)約：與傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體相比，WBG 半導(dǎo)體雖然在制造過程中的碳排放可能相對(duì)較高，但從系統(tǒng)層面來看，其在減少被動(dòng)元件和冷卻系統(tǒng)需求、提高能源轉(zhuǎn)換效率等方面帶來的碳減排優(yōu)勢(shì)明顯。納微半導(dǎo)體的碳中和實(shí)踐，為整個(gè)行業(yè)樹立了榜樣，證明了 WBG 半導(dǎo)體在助力實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)上的可行性和有效性。

回顧納微節(jié)能環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展之路，始終走在行業(yè)的前沿：

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

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

2022年2月，納微半導(dǎo)體發(fā)布了全球首個(gè)關(guān)于氮化鎵功率芯片的可持續(xù)發(fā)展報(bào)告。報(bào)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(duì)于傳統(tǒng)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(jī)構(gòu)Natural Capital Partners獲得CarbonNeutral和碳中和公司認(rèn)證的半導(dǎo)體公司。

這篇論文全面展示了 WBG 半導(dǎo)體和電力電子技術(shù)在能源領(lǐng)域的重要價(jià)值與應(yīng)用前景，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和實(shí)踐提供了關(guān)鍵參考，而納微半導(dǎo)體的成功實(shí)踐很好地證明了下一代功率半導(dǎo)體將成為塑造可持續(xù)發(fā)展的電氣化未來的關(guān)鍵因子。