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安森美半導體電源方案部產品市場經理——王利民(Raymond Wang)
寬禁帶材料掀起電源技術革命
憑借材料本身的物理、電學特性優勢，SiC、GaN這些寬禁帶材料正在引起一場電源技術革命。相比傳統的硅基材料，寬禁帶材料的介電擊穿場強高出10倍，制造同樣規格的器件厚度更小，只有1/10或更低，而且顯著降低電阻和熱阻，大大降低功率損耗；同時SiC/GaN材料的電子飽和速度為硅材料的2倍，可輕易實現更高開關頻率；第3個優勢是工作溫度范圍大大增加，傳統硅基材料在160℃以后漏電流（反向飽和電流）會大到無法忍受，而由于能帶隙高出3倍，同樣情況在寬禁帶材料上出現，實驗數據是400℃---600℃之間，在200℃的情況下，寬禁帶材料器件依然可以穩定運行；第四點是寬禁帶材料的熱導率高出3倍，可以讓系統變得更涼快并顯著減少熱應力。
“現有硅半導體器件，由于受到場強、禁帶以及能隙、熱導率的限制，其應用被限定在一些低壓、低電流、低頻率和一般效率的場合。為了達到現在新能源、汽車以及通信應用對于高功率密度、高電壓、高頻率、高效率，以及高導熱率的要求，新一代的寬禁帶半導體材料碳化硅以及其他的寬禁帶半導體材料應運而生。這些材料可提供高場強、高能隙，以及高電子移動速度和熱導率，讓下一代半導體器件能夠提供硅半導體器件無法達到的革命性性能” 安森美半導體電源方案部產品市場經理 王利民(Raymond Wang)說。
SiC材料正在大功率設備快速成長，分析機構預測，從2017年到2022年，SiC市場的年復合平均增長率（CAGR）達到35%，未來兩年市場規模將翻倍至10億美元，其中，用于全SiC模塊的SiC二極管和MOSFET市場規模將迅速成長到接近4億美元。
電動汽車、電動汽車充電樁、可再生能源、新能源以及5G和通信電源電源設備是安森美SiC業務的策略重點。
在美國，加利福尼亞州已簽署行政命令，要求到2030年要實現500萬輛電動車上路的目標；歐洲也有電動汽車全部替換燃油車的時間表；而在中國各大一線城市，電動汽車可以零費用上牌。這一系列政策都推動了電動汽車的大幅增長，電動汽車對于高壓、高頻率和高效率器件的需求也推動了碳化硅市場的大幅增長。
“電動汽車的出現帶來了碳化硅MOSFET作為主驅的應用場景！”
電動汽車占整個碳化硅總體市場容量的約60%，是未來碳化硅的主要驅動力之一，碳化硅器件應用于主驅，OBC、DC-DC，可大幅度提高效率，因此能給電動汽車增加續航能力，有一些電動汽車從不可以銷售變成可以銷售，售價也大幅度地增長，因為續航里程和售價是成正比的。鑒于以上優點，目前幾乎所有做主驅逆變器的廠家都以研究碳化硅做主驅為方向。
在典型的電動汽車使用中，相比傳統IGBT功率器件，使用碳化硅MOSFET提升的效率是非常可觀的，折算成電費，每年可以為一輛車增加價值750美元的電池續航能力。
“由于MOSFET器件使用碳化硅材料，使得高壓器件可以做成MOSFET結構，MOSFET并聯可以成倍地提高效率。這一點是IGBT并聯達不到的。只要車價允許、汽車終端廠家可以少賺一點利潤的話，系統效率升折算后省下的肯定遠遠不止750美元！”他補充說。
在OBC和DC-DC領域，絕大部分廠家使用碳化硅器件作為高效、高壓和高頻率的功率器件。
電源和5G電源以及數據中心是碳化硅器件最傳統，也是目前相對較大的一個市場。
傳統的開關電源領域在Boost及高壓電源，對功率密度一直有著持之以恒的追求，從最早通信電源的金標、銀標，到現在5G通信電源，云數據中心電源，這些都對于高能效有非常高的要求。碳化硅器件沒有反向恢復特性，使得電源能效非常高，可達到98%的能效。
現在數據中心的應用里，安森美半導體主要看到的還是碳化硅二極管，包括前面的Boost，后面的輸出的整流等。也有少數的電源專家在嘗試碳化硅MOSFET的方案，這是因為碳化硅MOSFET的方案在做成大功率時，不需要用非常復雜的三電平的電路，可以用非常簡潔的電路就可以非常容易地實現，這也是安森美半導體看到的一個應用趨勢。
“我們在杭州的一個客戶在給阿里做數據中心產品，它的電源需求以每年好幾倍的速度在增長。”
電動汽車充電樁應用中SiC前景非常廣闊
充電樁實現的方案有很多種，現在消費者最感興趣的就是直流快充。直流快充的充電樁需要非常大的充電功率以及非常高的充電效率，這些都需要通過高電壓設備來實現。在電動汽車充電樁的應用里，碳化硅無論是在Boost，還是輸出的二極管，目前有很多使用主開關的碳化硅MOSFET電動汽車充電樁方案。
SiC材料在太陽能逆變器領域用量巨大
人們對環境問題日益重視，大量清潔能源加入到人類的能源供給系統，這其中就包括了取之不竭用之不盡的太陽能。在政策的驅動下，全球太陽能逆變器的安裝量持續增長，預計未來10-15年將會有15%的能源（目前是1%）來自太陽能。中國制定的目標是到2030年，太陽能發電能夠滿足中國20%的能源需求。包括中國在內的許多國家已出臺相關政策，個人已經可把太陽能電力賣回給電網。
碳化硅半導體可應用于太陽能逆變器的Boost，并且隨著現在太陽能逆變器成本的優化。安森美半導體已經能看到不少廠家使用碳化硅的MOSFET作為主逆變的器件，替換原來的三電平（逆變器）控制復雜電路。
安森美半導體的SiC產品
安森美半導體的碳化硅器件擁有各種各樣的電壓、電流、封裝等級以及二極管、MOSFET模塊，包括功率的主驅，全系列碳化硅的解決方案。
“在H3TRB測試（高溫度/濕度/高偏置電壓）里，安森美半導體半導體的碳化硅二極管可以通過1000小時的可靠性測試。實際測試中，我們會延長到2000小時，這一性能大幅領先于市場上競爭對手的可靠性水平。事實上，安森美半導體曾經是JEDEC可靠性委員會的成員，寬禁帶可靠性標準委員會現已并入JEDEC標準委員會，安森美半導體正是可靠性標準委員會的專家之一。”
在1200V測試環境中，SiC MOSFET 器件的面積僅為同規格IGBT器件的百分之一，在高壓領域，碳化硅MOSFET以及碳化硅的二極管都是非常理想的開關器件，具有非常廣闊的市場。
碳化硅二極管都具備大幅提高效率的特性
“碳化硅二極管還有一個痛點，它需要非常大的沖擊電流，因為它的應用不管是在boost還是PFC都是需要扛住浪涌電流。針對這一點，安森美半導體為工程師和設計專家提供了一處非常貼心的設計。以1200V 15A的碳化硅二極管為例，在毫秒級安森美半導體的的碳化硅二極管有10倍的過濾，在微秒級有50倍的過濾。”
安森美半導體的SiC二極管為電動車主驅或者馬達驅動的應用中提供雪崩能量。
“實現這點并不容易，很多友商都沒有提供。”
“安森美半導體所有的碳化硅器件均滿足汽車規范。安森美半導體所有的碳化硅器件均以汽車市場作為最重要的目標市場之一。”
SiC器件一直有一個晶圓產能的問題，相比很多公司與SiC晶圓供應商合作的方式，安森美半導體完全采用了自主生產的方式，最大限度地擺脫對別家SiC產能的依賴。
“目前市面上4英寸和6英寸碳化硅還是占絕大部分主流，基本占比接近100%。SiC產品從晶圓開始，整個和半導體相關的所有工藝都是安森美半導體自己的工藝和技術，我們并不使用其他家的晶圓。安森美半導體每年都在進行大量的投入來提高碳化硅的產能。”
