GaN和SiC的下一波浪潮

GaN和SiC的下一波浪潮

氮化镓和碳化硅被指定为宽带隙 (WBG) 半导体，基于将这些材料中的电子从价带转移到导带所需的能量——SiC 约为 3.2 eV，GaN 约为 3.4 eV，而GaN仅为 1.1 eV硅。WBG 特性导致更高的适用击穿电压，在某些应用中可高达 1,700 V。在今年 5 月举行的仅数字化 PCIM Europe 上，几家公司展示了他们在GaN和 SiC 方面的最新创新，并就 WBG 技术的发展方向提出了见解。

GaN功率器件市场在从2020 年起翻了一番，突显了智能手机快速充电器的惊人增长，并暗示了电信和汽车市场的发展前景。 预计 GaN 消费电源市场将成为主要驱动力，在 2026 年占市场的 60% 以上。预计 GaN 器件市场总额将从 2020 年的 4600 万美元增长到 2026 年的约 11 亿美元，其中复合年增长率为 70%。

在 PCIM 活动期间，EPC 重点介绍了其用于飞行时间/LiDAR 系统的GaN技术，目标是越来越多的应用，从无人机到机器人，再到自动驾驶汽车，甚至真空吸尘器。与此同时，Nexperia 宣布了其最新的第二代 GaN 技术。Yole 断言，从长远来看，如果 GaN 以较低的价格证明了其可靠性和大电流能力，该技术可能会渗透到更具挑战性的 EV/HEV 逆变器市场和保守的工业市场，从而创造可观的销量GaN 的机会。事实上，Nexperia 和 VisIC 正在开发 GaN 解决方案，旨在与 xEV 逆变器中的 SiC 和硅竞争。

新的 SiC 设计也在不断涌现，以满足电动汽车日益增长的高功率要求。然而，SiC 仍然比硅贵得多，而且硅技术也在不断进步，出现了三级和其他硅电路拓扑以提高效率。因此，重要的是要确定碳化硅可实现的节能或其他技术优势足以证明成本合理的应用。经济学有时可能对硅有利。

Microchip 首席客户参与经理 Marc Rommerswinkel 在 PCIM 会议上表示，他毫不怀疑 SiC 与基于 Si 的解决方案相比的优势。其中包括由于较低的开关损耗而提高的效率，以及由于更高的开关频率和更小的冷却系统而降低的系统尺寸、成本和重量。然而，“碳化硅可以非常快速地切换，并且任何寄生电感都可能由于振铃以及过冲和下冲而导致问题，这会导致 EMC 问题并可能损坏您的系统，”Rommerswinkel 说。“如果你使用碳化硅，这是你需要考虑的：可靠性和数据，如亚阈值的行为、雪崩能力或体二极管稳定性只是需要考虑的一些参数。

“SiC 器件具有比硅更高频率的基准开关性能，并且几乎没有反向恢复。此外，这种卓越而稳定的开关性能与温度无关。SiC 能够承受更高的工作电压、电流和开关频率，再加上它的高效率和出色的热管理，使这种半导体成为包括汽车在内的多种电源应用中硅的理想替代品。用于 EV 牵引逆变器的 SiC 经证实可支持更长的续航里程和更高效的驱动循环性能。

不同材料设备类型的价格/性能趋势不断发展。因此，硬件工程师需要一个标准化的功耗评估工具来考虑市场上所有类型的设备，以做出最佳决策。

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