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  UnitedSiC SiC FET价格可媲美硅超结元件

 

 

碳化硅功率半导体领先制造商美商联合碳化硅(UnitedSiC)执行官Chris Dries表示,在宽带隙(WBG)功率元件的市场上,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)将在此后十年中持续快速成长,两者并非取代关系或互斥选择,而是每种材料系统都会找到合适的应用。UnitedSiC预期碳化硅将持续占据650V以上应用的主导地位,而氮化镓将持续在650V以下找到许多应用来取代硅元件。两者最大的区别在于:SiC功率元件利用垂直电流流动来经过主动元件层,并进入高导电基板;而GaN是采用横向电晶体管结构,通常用于价格较低的硅基板。

Chris主张,使用Si代替SiC作为衬底,可提升氮化镓的成本效益;加上SiC具备特征导通电阻优势(影响晶粒尺寸),更优于一般所认知的成本优势。UnitedSiC目前提供的SiC FET(场效晶体管)价格可媲美同业的硅超结(Superjunction)元件,因为晶粒尺寸较最佳的硅衬底小了十倍!如前所提,GaN和SiC预期将持续成长,但由于SiC率先进入市场,未来几年会有较大的规模增长,第三方独立研究报告也多抱有相同论点。他指出,目前电动车使用SiC的三个主要应用领域是:DC-DC转换器、车载充电器和牵引逆变器。

 

DC-DC转换器是用于降低电池组的高压电,以便为12V车载系统供电;车载充电器装有功率因数校正电路,通常使用相移式全桥DC-DC级来为电池充电。在这两种应用中,相较于Si,使用SiC的主要原因是:它提升了整体效率和功率密度。在牵引驱动中,SiC一般不会使用高于硅衬底IGBT(绝缘闸双极晶体管)的频率,会去使用多半是着眼于SiC FET的传导耗损先天就比较低——因为相较于IGBT,SiC FET的电流电压特性缺少了‘切入电压’(Knee Voltage)。UnitedSiC的元件由主要处理基于Si CMOS装置的晶圆厂制造,可产出类似Si的良率。

有些制程步骤需在高温下运行SiC专用设备。当然,在晶粒尺寸方面,采用先进技术的挑战之一是:要透过较小的晶粒面积进行散热,而UnitedSiC可借助相当先进的晶粒粘接(Die attach)技术来解决这个问题。未来,射频产品所采用的一些技术或许会扩展至功率器件范畴。Chris介绍,UnitedSiC的元件结构在市场上独一无二,并提供使用者标准的硅闸极驱动,使用户可透过简单的路径将现有的硅设计升级为SiC。在提供业界最佳体二极管(body diode)性能的同时,还提供几乎不受温度影响的出色的反向恢复电荷(Qrr)。

导通电阻的正温度系数使UnitedSiC的元件极易并联。特别一提的是,其新一代元件提供保证的短路耐受时间,这对电机驱动应用(如牵引逆变器)至关重要,预期未来几年将占据大部分业务。

 

最后,SiC及GaN电源解决方案的专业代理商益登科技(Edom)技术应用中心技术经理陈德玮补充,1KW以上的功率电压较高电流较大,而SiC的优势在于:降低电能转换的能量损耗、更容易实现小型化、更耐高温高压。依照目前的制程技术来看,SiC较具优势、轻松实现1KW以上的产品;而500W以下小体积高功率密度产品则推荐GaN解决方案。

陈德玮解说,这是因为GaN拥有更高的功率密度输出及更高的能量转换效率,且可使系统有效增加单位能量密度,缩减电力电子装置的体积和重量、实现小体积高功率产品。不论在AC-DC及DC-DC应用领域里,益登皆可提供专业支持。

 


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