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英飛凌高管談碳化硅

根據IHS的數據預估，今年的SiC（碳化硅）市場總額將會達到5000萬美元，到2028年將飆升到1億6000萬。其中在電動汽車充電市場，SiC在未來幾年的符合增長率高達59%；在光伏和儲能市場，SiC的年複合增長率也有26%；而在電源部分，這個數字也有16%。整體年複合增長率也高達16%。

能獲得這樣的成長表現，與SiC本身的特性有關。

英飛凌科技電源與傳感系統事業部大中華區開關電源應用高級市場經理陳清源告訴記者，市場追逐SiC，主要是看好他們在帶隙、擊穿場強、熱導率和電子漂移速度等幾個方面的特性。

據介紹，在帶隙（band gap）方面，碳化硅是硅材料的大概三倍；在單位面積的阻隔電壓的能力方面，碳化硅更是硅的7倍；碳化硅的熱導率也是硅的大概3倍多；電子漂移速度也比硅快一倍。

因為擁有這些特點，碳化硅器件能夠擁有更高的溫度和電壓、更高的飽和速度、管子在開通和關斷的速度也更快。再者，電源在工作過程中，不可避免地有損耗，從而產生熱。而這個高熱導率則可以把器件中的熱帶出來，讓功率處理能力更強。

SiC的以上這些特性可以讓我們做出更加輕薄短小的功率器件。對電子設計工程師而言，那就意味著他們在硅器件上碰到的問題都迎刃而解了。有了更好的材料，加上他們更聰明的頭腦，更好的控制方式，就可以設計出更好的電源。而這正是英飛凌過去一直在做的事。

陳清源表示，英飛凌在碳化硅領域已經有了十幾年的經驗，公司推出的SiC二極管，也已經更新到第六代。此外，公司還有一些應用在汽車領域的大功率SiC模塊。而為了幫助開發者更好地利用SiC的優勢，英飛凌除了研發相關器件以外，還推出了專門的驅動IC，這與其SiC MOSFET搭配，獲得了更高的效率和更高的穩定度。而溝槽式的設計是英飛凌SiC MOSFET能在市場上獲得優越表現的另一個不可忽視的重要因素。

據瞭解，現在的SiC有兩種主流製造工藝，分別為平面式和溝槽式。但平面式的架構因為在其閘極氧化層容易產生電子的擾流散射，這就使得其可靠性受到了客戶的質疑。但是溝槽式設計，在兼顧到可靠性的同時，還能提升電源效率。

“我們溝槽式的經驗來自於CoolMOS方面的十數年積累，這就讓我們在用溝槽式的設計時，不但達到性能的要求，而不會偏離它的可靠度。就以碳化硅MOS為例，在同樣的可靠度上面，碳化硅溝槽式的設計會遠比平面式的碳化硅MOS擁有更高的性能”，陳清源補充說。而借用這個設計，英飛凌也將器件的性能發揮到極致。自有的生產線，也讓英飛凌可以在產能上面有更好的保證。而650V CoolSiC™ MOSFET技術和產品則是他們努力的結晶。

據英飛凌介紹，其650V CoolSi MOSFET器件的額定值在27 mΩ-107 mΩ之間，既可採用典型的TO-247 3引腳封裝，也支持開關損耗更低的TO-247 4引腳封裝。與過去發佈的所有CoolSiC™ MOSFET產品相比，全新650V系列基於英飛凌先進的溝槽半導體技術。通過最大限度地發揮碳化硅強大的物理特性，確保了器件具有出色的可靠性、出類拔萃的開關損耗和導通損耗。此外，它們還具備最高的跨導水平（增益）、4V的閾值電壓（Vth）和短路穩健性。總而言之，溝槽技術可以在毫不折衷的情況下，在應用中實現最低的損耗，並在運行中實現最佳可靠性。

與市面上其它硅基以及碳化硅解決方案相比，英飛凌650V CoolSi MOSFET能夠帶來更加吸引人的優勢：主要在於更高開關頻率下更優的開關效率以及出色的可靠性。得益於與溫度相關的超低導通電阻（RDS(on)），這些器件具備出色的熱性能。此外，它們還採用了堅固耐用的體二極管，有非常低的反向恢復電荷：比最佳的超結CoolMOS™ MOSFET低80%左右。其換向堅固性，更是輕鬆實現了98%的整體系統效率，如通過連續導通模式圖騰柱功率因素校正（PFC）。

根據英飛凌的規劃，這些高性能的產品將會在服務器和數據中心的通信電源、工業電源、光伏、充電樁、不間斷電源系統和能源存儲等多個領域發揮重要的作用。

除了SiC外，陳清源還給我們分享了英飛凌在Si和GaN這些功率器件方面的看法和佈局。