01.14 露笑科技:第三代半導體材料碳化硅能否讓你展露笑顏?

在功率半導體發展歷史上,功率半導體可以分為三代:
第一代半導體材料:鍺、硅等單晶半導體材料,硅擁有1.1eV的禁帶寬度以及氧化後非常穩定的特性。


第二代半導體材料:砷化鎵、銻化銦等化合物半導體材料,砷化鎵擁有1.4電子伏特的禁帶寬度以及比硅高五倍的電子遷移率。
第三代半導體材料:以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導體材料,有更高飽和漂移速度和更高的臨界擊穿電壓等突出優點,適合大功率、高溫、高頻、抗輻照應用場合
第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。當前主流的第三代半導體材料為碳化硅與氮化硅,前者多用於高壓場合如智能電網、軌道交通;後者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。
碳化硅行業儼然已成為功率半導體器件行業的新戰場。

露笑科技:第三代半導體材料碳化硅能否讓你展露笑顏?

華為佈局碳化硅

特斯拉大功率碳化硅模塊

露笑科技:第三代半導體材料碳化硅能否讓你展露笑顏?

碳化硅在新能源汽車中的應用




SiC將取代IGBT成為新能源車最佳選擇


SiC器件正廣泛應用於電力電子領域中,作為製作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一,SiC成為實現新能源汽車最佳性能的理想選擇。目前SiC器件在新能源汽車上的應用主要是功率控制單元、逆變器、DC-DC轉換器、車載充電器等。
相比於IGBT,SiC是更為先進的做控制器的電力電子芯片。雖然成本是IGBT的8-10倍,但SiC可以大幅度提高電機轉速從而提升電機比功率,在做到高頻率和高效率的同時,體積還非常小,約比IGBT小70-80%。此外,SiC還具有高頻率但損耗低的優勢,從而將新能源車效率再提高10%左右。這就意味著,電動車續航里程得到提升的同時,電池成本有可能大幅下降。
豐田曾經公開表示,SiC具有與汽油發動機同等的重要性。從上世紀80年代開始,豐田就在研究SiC,比國際同行提前30年。特斯拉為追求行駛里程僅5%的提升,不惜以貴幾倍的代價在業界率先全面採用SiC替代IGBT,Model3的控制器就是利用的SiC材料。比亞迪也宣佈將在2023年全方位採用SiC替代,預計在2025年全面用SiC取代IGBT。


根據Yole預測,2017-2023年,SiC功率器件市場將以每年31%的複合增長率增長,2023年將超過15億美元;
而SiC行業龍頭Cree則表現得更為樂觀,其預計到2022年,SiC在電動車用市場空間將快速成長到24億美元,是2017年車用SiC整體收入(700萬美元)的342倍


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