功率半導(dǎo)體的革命:SiC與GaN的共舞(二)
2015年,市場(chǎng)上或許就可以穩(wěn)定采購到功率元件用6英寸SiC基板。并且,屆時(shí)GaN類功率元件除了硅基板之外,還有望使用GaN基板。也就是說,2015年前后,SiC制功率元件與GaN類功率元件就均可輕松制造了。
在對(duì)大幅減少電力轉(zhuǎn)換器中的電力損失以及縮小電力轉(zhuǎn)換器尺寸有強(qiáng)烈要求的用途方面,估計(jì)會(huì)采用SiC及GaN。兩種元件最初將根據(jù)使用終端的電力容量及開關(guān)頻率區(qū)分使用。
GaN將主要用于中低容量用途,SiC將主要用于大容量用途。而且,由于GaN制功率元件更適合高速開關(guān)動(dòng)作,因此要求更高開關(guān)頻率的用途估計(jì)會(huì)采用GaN。
SiC功率元件有望降低成本,SBD或?qū)⒔抵凉瓒O管的兩倍
與硅制功率半導(dǎo)體元件相比,SiC制功率元件的電力損失小,可以高速開關(guān),而且耐熱性高等,性能更加出色。SiC制肖特基二極管(SBD)于2001年投產(chǎn),SiC制MOSFET于2010年投產(chǎn),其中SiC制SBD已被配備于空調(diào)及鐵路車輛用逆變器等,SiC制功率元件的采用正在逐步擴(kuò)大。
新日本制鐵開發(fā)的6英寸SiC基板
但SiC制功率元件要進(jìn)一步普及到混合動(dòng)力車及電動(dòng)汽車等電動(dòng)車輛、工業(yè)設(shè)備以及白色家電的電源電路等領(lǐng)域,價(jià)格及性能方面還存在課題。SBD仍十分昂貴,SiC制MOSFET不僅價(jià)格高,而且沒有完全發(fā)揮出SiC的出色材料特性。不過,有助于解決這些問題的研究成果接連問世(表1)。
6英寸基板將于2012年面世
對(duì)降低SiC制功率元件的成本十分重要的是,制造元件時(shí)使用的基板的大小?;宓目趶皆酱?,功率元件的生產(chǎn)效率越高,也就越有利于降低成本。
目前已產(chǎn)品化的功率元件用SiC基板的最大口徑是4英寸,估計(jì)6英寸產(chǎn)品最早將會(huì)在2012年內(nèi)面世。除了SiC基板份額居首的美國(guó)科銳之外,新日本制鐵也宣布將在2012年開始樣品供貨SiC基板。2015年以后,估計(jì)會(huì)有多家企業(yè)提供基板,而且結(jié)晶缺陷更少。
與3英寸擴(kuò)大至4英寸相比,口徑擴(kuò)大至6英寸對(duì)降低成本起到的作用更大。其原因是,目前硅制功率元件都使用口徑為6~8英寸的硅基板制造,6英寸SiC基板面世后,更加便于在生產(chǎn)SiC制功率元件時(shí)沿用現(xiàn)有裝置。
據(jù)法國(guó)調(diào)查公司Yole Developpement介紹,采用4英寸基板的SBD價(jià)格為每安培輸出電流約16美分。采用6英寸基板之后,有望降至每安培10美分以下。
目前,用于電源電路用途的硅制二極管方面,“耐壓600V、輸出電流為5A的產(chǎn)品為25日元左右”(功率半導(dǎo)體技術(shù)人員)。也就是說,如果6英寸基板能夠穩(wěn)定供應(yīng),SiC制SBD的價(jià)格將降至硅制二極管的1.5~2倍左右。如果能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的價(jià)格,估計(jì)SiC制SBD將會(huì)“迅速普及”(該技術(shù)人員)注1)。
注1) 6英寸基板面世后,便于生產(chǎn)電動(dòng)車輛所需要的、每個(gè)芯片
評(píng)論