SiC和GaN是“下一代”還是“當(dāng)代”？

　　SiC企業(yè)不斷增多，成本不斷下降一文中，作者根津在開篇寫道：“下一代功率半導(dǎo)體已經(jīng)不再特別。”這是因?yàn)?，隨著使用SiC和GaN等“下一代功率半導(dǎo)體”的大量發(fā)布，在學(xué)會(huì)和展會(huì)的舞臺(tái)上，這種功率半導(dǎo)體逐漸帶上了“當(dāng)代”的色彩。

　　那么，在使用功率半導(dǎo)體的制造現(xiàn)場(chǎng)，情況又是如何呢?雖然使用SiC和GaN的產(chǎn)品目前尚處開始增加的階段，仍屬于“下一代”，但在功率半導(dǎo)體使用者的心目中，此類產(chǎn)品已逐漸由“下一代”向“當(dāng)代”轉(zhuǎn)變。

　　不久前，筆者與一位很久未見的、多年來從事電源技術(shù)研發(fā)的朋友碰面，對(duì)方上來便說：“耐壓600V的GaN器件已經(jīng)問世啦!”因?yàn)檫@次碰面是為了其他事情，這句話實(shí)在出乎筆者預(yù)料。這位技術(shù)人員表示，自從松下于2013年3月開始、夏普于同年4月開始供應(yīng)樣品之后，電源技術(shù)人員的開發(fā)熱情高漲了起來。雖然在這以前也有部分企業(yè)推出了實(shí)用產(chǎn)品，但隨著供應(yīng)商的增加，使用GaN器件開發(fā)電源已成了“手頭的工作”之一。這位電源技術(shù)者說，自己將使用GaN器件，開發(fā)開關(guān)頻率提高近一位數(shù)的電源電路。

　　功率半導(dǎo)體的研討會(huì)也盛況空前。《日經(jīng)電子》6月28日舉辦的“下一代功率半導(dǎo)體的影響力”研討會(huì)座無虛席，在測(cè)量器廠商泰克(Tektronix)與安捷倫科技(Agilent Technologies)各自舉辦的活動(dòng)(泰克為7月2日舉辦，安捷倫科技為7月9～10日舉辦)上，有關(guān)功率半導(dǎo)體評(píng)估方法的會(huì)議也迎來了大批聽眾。

　　在泰克的活動(dòng)中，筆者參加了與電流和電壓測(cè)量相關(guān)的會(huì)議，會(huì)議詳細(xì)介紹了kV級(jí)大電壓的測(cè)量方式和要點(diǎn)，給筆者留下了深刻的印象。在安捷倫科技的活動(dòng)中，筆者參加了與下一代功率半導(dǎo)體的評(píng)估方法相關(guān)的會(huì)議，通過詢問與會(huì)者的職務(wù)，筆者發(fā)現(xiàn)，約4成與會(huì)者的工作都是功率半導(dǎo)體的使用者，而對(duì)于“下次希望介紹什么測(cè)量方法”的問題，同樣有大約4成與會(huì)者的回答是“開關(guān)特性評(píng)估”。從這一點(diǎn)也可看出，一直被稱作“下一代”產(chǎn)品的SiC和GaN器件目前已經(jīng)有了眾多的使用者。

　　在安捷倫的活動(dòng)上，HiSOL展出的測(cè)量?jī)x也能反映出使用SiC和GaN的動(dòng)向日趨活躍的現(xiàn)狀。這種測(cè)量?jī)x的用途是在真空和惰性氣體環(huán)境的反應(yīng)室內(nèi)，把功率半導(dǎo)體暴露在超過200℃的高溫(最大400℃)下，檢測(cè)其電特性(采用真空或惰性氣體環(huán)境是為了防止待測(cè)電極在高溫狀態(tài)下氧化，準(zhǔn)確評(píng)估器件特性)。SiC器件和GaN器件的特點(diǎn)是，工作溫度比IGBT和傳統(tǒng)功率MOSFET等Si系器件的工作溫度更高。有越來越多的技術(shù)人員打算在嚴(yán)酷的條件下使用采用SiC器件和GaN器件的電路，開始對(duì)其進(jìn)行實(shí)際評(píng)估。

　　另一方面，在使用SiC和GaN的時(shí)候，設(shè)計(jì)往往不像過去由Si系功率半導(dǎo)體組成的電路那樣順利。其原因有兩點(diǎn)，首先是功率半導(dǎo)體的性能參數(shù)不同，其次是，與功率半導(dǎo)體組合的周邊部件和材料也需要多加注意。就目前而言，有些時(shí)候，想要實(shí)現(xiàn)預(yù)想的電路還相當(dāng)困難。

　　例如，前面提到的電源技術(shù)者就表示，實(shí)現(xiàn)GaN功率半導(dǎo)體擅長(zhǎng)的高速開關(guān)時(shí)，面臨著功率電感性能跟不上的問題。功率半導(dǎo)體能夠在MHz的水平下工作，但是，高速開關(guān)使用的功率電感由于損耗大，最多只能達(dá)到100kHz。如果不改變線圈使用的金屬材料等，MHz級(jí)別的動(dòng)作就如同癡人說夢(mèng)。

　　所以，在功率半導(dǎo)體的使用者看來，或許只有等到周邊技術(shù)的難題全部解決的那一天，他們才能放心大膽地把SiC和GaN稱為“當(dāng)代”。