傳統認知上,若頻率稍高、但電壓或功率不是很高時采用硅基 MOSFET (金屬氧化物半導體場效晶體管,簡稱 MOS);高頻低壓或低頻高壓用 IGBT (絕緣柵雙極晶體管);高頻高壓用碳化硅 (SiC) MOS,而電壓、功率不大但需高頻則采用氮化鎵 (GaN)。相較于硅基 IGBT,SiC 的導通電阻更低,可降低功率器件體積,有助于新能源汽車的輕量化。羅姆半導體 (ROHM) 臺灣技術中心副理唐仲亨表示,就目前發展趨勢來看,SiC 與 GaN 重迭性不高:SiC 以大電壓、大電流為主,用于一些三相電源的應用場合或是逆變器,SiC MOS 未來或會影響 IGBT 區塊。
照片人物:羅姆半導體 (ROHM) 臺灣技術中心副理唐仲亨
GaN 則是以高頻、高功率密度及小型化為主,用于服務器、快充及適配器 (adapter) 等。值得留意的是,由于 GaN 組件耐壓與硅基 MOS 差不多,且切換損耗較低,未來或將侵蝕硅基超級結 (Super junction) MOS份額。唐仲亨分析,目前電動機車的電池電壓在 100V 以下且功率小,不會是 SiC 器件的目標市場;而電動車的電池約 400~500V、未來更有機會上看 800V,且功率逐年增加,因此電動車的普及會是帶動 SiC 器件的主要動力之一。許多車廠計劃推出內含 SiC MOS 的車載充電器 (on-board charger),預計到 2022 年會有明顯的需求。
此外,SiC MOS 牽引逆變器 (traction inverter) 預估 2025 會有比較明顯的成果。唐仲亨坦言,2019 年的市況受到中美貿易摩擦影響而低迷,2020 年又遭逢肺炎疫情攪局,雖然 ROHM 的 SiC 產品在空調、服務器/PC 電源等部分應用仍有成長,但整體而言由于比例較高的車載需求降低,整體成長仍有放緩。與此同時,中國從 2019 年開始調整電動車 (EV) 相關補貼制度,加上疫情使當地電動車的市場成長曲線發生變化,后續亦有待觀察。凡此種種,市場現況恐將較 2018 年初預測出現兩年的成長延遲。
不過唐仲亨預期,若放大時間軸至 2024、2025 年來看,假設疫情已得到控制、且電動車相關市場需求預測仍未延遲,車用逆變器等需求仍見強勁。他特別提到,ROHM 在開發 SiC 器件之外也開發適用的柵極驅動器 (gate driver),以便為用戶提供從驅動到 SiC 器件的整體建議。ROHM 的 SiC MOS 目前量產的第三代產品為溝槽式 (trench),也是率先量產此類結構的 SiC MOS 供貨商;唐仲亨并預告,2021 年他們將接力推出同結構的第四代 SiC MOS,除了優化切換特性,其單位面積的導通阻抗可再降低 40%,性能及成本皆更具競爭力。
圖:羅姆第四代 SiC MOS 優化切換特性且更具競爭力
資料來源:ROHM 提供