碳化硅功率半導體領先制造商聯合碳化硅 (UnitedSiC) 執行長 Chris Dries 表示，在寬能隙 (WBG) 功率組件的市場上，碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 將在此后十年中持續快速成長，兩者并非取代關系或互斥選擇，而是每種材料系統都會找到合適的應用。UnitedSiC 預期碳化硅將持續占據 650V 以上應用的主導地位，而氮化鎵將持續在 650V 以下找到許多應用來取代硅組件。兩者最大的區別在于：SiC 功率組件利用垂直電流流動來經過主動組件層，并進入高導電襯底；而 GaN 是采用橫向晶體管結構，通常用于價格較低的硅襯底。
照片人物：UnitedSiC 執行長 Chris Dries
Dries 主張，雖然使用 Si 代替 SiC 作為襯底，可提升氮化鎵的成本效益；殊不知 SiC 具備特征導通電阻優勢 (影響晶粒尺寸)，更跳脫一般所認知的成本優勢。UnitedSiC 目前提供的 SiC FET (場效晶體管) 價格可媲美同業的硅基超級結 (super junction) 組件，因為晶粒尺寸較最佳的硅基競品小了十倍！如前所提，GaN 和 SiC 預期將持續成長，但 SiC 因先一步入市，未來幾年會有較大的規模，第三方獨立研究報告也多抱持相同論點。他指出，目前電動車使用 SiC 的三個主要應用領域是：DC-DC 轉換器、車載充電器和牽引逆變器 (traction inverter)。
圖1：SiC vs. GaN JFET 晶胞 (cell) 結構
資料來源：UnitedSiC；https://unitedsic.com/whitepaper/Practical-considerations-when-comparing-SiC-and-GaN-in-power-applications.pdf
DC-DC 轉換器是用于降低電池組的高壓電，以便為 12V 車載系統供電；車載充電器裝有功率因子校正電路，通常使用相移式全橋 DC-DC 級來為電池充電。在這兩種應用中，相較于 Si，使用 SiC 的主要原因是：它提升了整體效率和功率密度。在牽引驅動中，SiC 一般不會使用高于硅基 IGBT (絕緣柵雙極晶體管) 的頻率，會去使用多半是著眼于 SiC FET 的傳導耗損先天就比較低——因為相較于 IGBT，SiC FET 的電流電壓特性缺少了＂切入電壓＂(Knee Voltage)。UnitedSiC 的組件由主要處理基于 Si CMOS 器件的晶圓廠制造，可產出類似 Si 的良率。
有些制造工藝步驟需在高溫下運行 SiC 專用設備。當然，在晶粒尺寸方面，采用先進技術的挑戰之一是：要通過較小的晶粒面積進行散熱，而 UnitedSiC 可借助相當先進的晶粒黏著 (Die attach) 技術來解決這個問題。未來，射頻產品所采用的一些技術或許會擴展至功率器件范疇。Dries 介紹，UnitedSiC 的組件結構在市場上獨一無二，并提供使用者標準的硅柵極驅動，使用戶＂可通過簡單的路徑將現有的硅設計升級為 SiC＂。在提供業界最佳本體二極管 (body diode) 效能的同時，還提供幾乎不受溫度影響的極低反向恢復 (Qrr)。
圖2：電動車之功率轉換組件分布
導通電阻的正溫度系數使 UnitedSiC 的組件極易并聯。特別一提的是，其新一代組件提供保證的＂短路耐受時間＂，這對電機驅動應用 (如牽引逆變器) 至關重要，預期未來幾年將占據大部分業務。最后，SiC 及 GaN 電源解決方案的專業代理商益登科技 (Edom) 技術應用中心技術經理陳德瑋補充，1KW 以上的功率電壓較高電流較大，而 SiC 的優勢在于：降低電能轉換的能量損耗、更容易實現小型化、更耐高溫高壓。依照目前的制造工藝技術來看，SiC 較具優勢、輕松實現 1KW 以上的產品；而 500W 以下小體積高功率密度產品則推薦 GaN 解決方案。
陳德瑋解說，這是因為 GaN 擁有更高的功率密度輸出及更高的能量轉換效率，且可使系統有效增加單位能量密度，縮減電力電子設備的體積和重量、實現小體積高功率產品。不論在 AC-DC 及 DC-DC 應用領域里，益登皆可提供專業支持。
照片人物：益登科技 (Edom) 技術應用中心技術經理陳德瑋
