碳化硅助力電動(dòng)汽車的續(xù)航和成本全方位優(yōu)化

與傳統(tǒng)的硅器件相比，碳化硅（SiC）器件由于擁有低導(dǎo)通電阻特性以及出色的耐高溫、高頻和耐高壓性能，已經(jīng)成為下一代低損耗半導(dǎo)體可行的候選器件。此外，SiC 讓設(shè)計(jì)人員能夠減少元器件的使用，從而進(jìn)一步降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。SiC 元器件的低導(dǎo)通電阻特性有助于顯著降低設(shè)備的能耗，從而有助于設(shè)計(jì)出能夠減少 CO₂ 排放量 的環(huán)保型產(chǎn)品和系統(tǒng)。羅姆在 SiC 功率元器件和模塊的 開(kāi)發(fā)領(lǐng)域處于先進(jìn)地位，這些器件和模塊在許多行業(yè)的 應(yīng)用中都實(shí)現(xiàn)了更佳的節(jié)能效果。

水原德健, 羅姆半導(dǎo)體（北京）有限公司技術(shù)中心總經(jīng)理

目前，市場(chǎng)上基本按圖 1 劃分幾種材料功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用場(chǎng)景。當(dāng)?shù)皖l、高壓的情況下適用硅基 IGBT，如果稍稍高頻但是電壓不是很高，功率不是很高的情況下，使用硅基 MOSFET。如果既是高頻又是高壓的情況下，適用碳化硅 MOSFET。那么電壓不需要很大，功率不需要很大，但是頻率需要很高，這種情況下適用氮化鎵。目前來(lái)看，基于碳化硅材料的功率半導(dǎo)體適合應(yīng)用于高頻高功率高工作電壓的應(yīng)用場(chǎng)合。

圖1

相比硅，碳化硅具有高效率等特性，因而可以更有效地利用電動(dòng)汽車電池的電能。這將非常有助于延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)航里程并削減電池體積和成本。作為碳化硅元器件的領(lǐng)軍企業(yè)之一，羅姆一直致力于先進(jìn)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，早在 2010 年便于業(yè)界首次量產(chǎn) SiC MOSFET。在車載領(lǐng)域，羅姆于 2012 年推出了支持 AEC-Q101 認(rèn)證的車載品，并在車載充電器（OBC）領(lǐng)域擁有很高的市場(chǎng)份額。此外，羅姆碳化硅產(chǎn)品還應(yīng)用于車載 DC/DC 轉(zhuǎn)換器等領(lǐng)域。2020 年 6 月，羅姆發(fā)布了業(yè)界先進(jìn)的第 4 代低導(dǎo)通阻抗 SiC MOSFET。此產(chǎn)品非常適用于包括主機(jī)逆變器在內(nèi)的車載動(dòng)力總成系統(tǒng)和工業(yè)設(shè)備的電源。與以往產(chǎn)品相比，在不犧牲短路耐受時(shí)間的前提下，成功實(shí)現(xiàn)業(yè)界較高水平的低導(dǎo)通電阻。比如在用于車載主驅(qū)逆變器時(shí)，與使用 IGBT 時(shí)相比，效率可以得到顯著提升，主要體現(xiàn)在逆變器的高扭矩和低轉(zhuǎn)速范圍，從而可使電耗減少 6%（按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“WLTC 燃料消耗量測(cè)試”計(jì)算）。

羅姆一直在大力推動(dòng)業(yè)內(nèi)先進(jìn)的碳化硅元器件和各種具有優(yōu)勢(shì)的硅元器件的開(kāi)發(fā)與量產(chǎn)，同時(shí)，一直致力于在中等耐壓范圍具有出色的高頻工作性能的氮化鎵器件的開(kāi)發(fā)，旨在為各種應(yīng)用提供更廣泛的電源解決方案。并且，羅姆將有助于節(jié)能和小型化的氮化鎵器件產(chǎn)品陣容命名為“EcoGaN”，并一直致力于進(jìn)一步提高器件的性能。今后，羅姆將繼續(xù)開(kāi)發(fā)融入了“Nano Pulse Control?”等模擬電源技術(shù)的控制 IC 及其模塊，通過(guò)提供能夠更大程度地發(fā)揮氮化鎵器件性能的電源解決方 案，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展社會(huì)貢獻(xiàn)力量。

在羅姆，SiC 業(yè)務(wù)從 SiC 襯底、外延、晶圓到封裝都構(gòu)建了公司內(nèi)部“一條龍”的生產(chǎn)體制，不僅是器件開(kāi)發(fā)，還致力于晶圓的大口徑化，以及通過(guò)投入最新設(shè)備來(lái)提高生產(chǎn)效率；以性能、品質(zhì)、穩(wěn)定供給來(lái)實(shí)現(xiàn)與友商的差別化。

(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》2022年7月期)