功率半導體的革命：SiC與GaN的共舞（二）

GaN和SiC將區(qū)分使用

　　2015年，市場上或許就可以穩(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)換器尺寸有強烈要求的用途方面，估計會采用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)動作，因此要求更高開關(guān)頻率的用途估計會采用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制功率元件要進一步普及到混合動力車及電動汽車等電動車輛、工業(yè)設(shè)備以及白色家電的電源電路等領(lǐng)域，價格及性能方面還存在課題。SBD仍十分昂貴，SiC制MOSFET不僅價格高，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

　　對降低SiC制功率元件的成本十分重要的是，制造元件時使用的基板的大小?；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6英寸產(chǎn)品最早將會在2012年內(nèi)面世。除了SiC基板份額居首的美國科銳之外，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，估計會有多家企業(yè)提供基板，而且結(jié)晶缺陷更少。

　　與3英寸擴大至4英寸相比，口徑擴大至6英寸對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制功率元件時沿用現(xiàn)有裝置。

　　據(jù)法國調(diào)查公司Yole Developpement介紹，采用4英寸基板的SBD價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”（功率半導體技術(shù)人員）。也就是說，如果6英寸基板能夠穩(wěn)定供應，SiC制SBD的價格將降至硅制二極管的1.5～2倍左右。如果能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的價格，估計SiC制SBD將會“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)電動車輛所需要的、每個芯片