浅谈碳化硅的应用

　　碳化硅是目前应用最为广泛的第三代半导体材料，由于第三代半导体材料的禁带宽度大于2eV，因此一般也会被称为宽禁带半导体材料，除了宽禁带的特点外，碳化硅半导体材料还具有高击穿电场、高热导率、高饱和电子迁移率和体积小等特点，因此碳化硅能够应用于许多领域。

　　在储能领域，碳化硅的应用已经非常非常多了。 在经典的储能系统中包含了电源、DC/DC转换器、电池充电机以及把能量输送到家庭端或输送回电网的逆变器，碳化硅技术在这种配置下的电源模块中可以起到减少成本、重量、尺寸的同时提高电源模块的效率。 当对收集到的能源进行转换并将其用于存储或为住宅/建筑供电时，涉及到几个能源转换步骤。 DC/DC转换通常由一个用于光伏应用的升压变换器实现，这时更高的系统效率和功率密度会发挥更大作用。 与Si等传统技术相比，SiC技术的独特优势包括系统尺寸减少70%，能源消耗减少60%以上，系统成本降低30%之多。

　　在5G基建的通信电源中，通信电源是服务器、基站通讯的能源库，为各种传输设备提供电能，保证通讯系统正常运行。 碳化硅MOSFET的高频特性使得电源电路中的磁性单元体积更小、重量更轻，电源整体效率更高； 碳化硅肖特基二极管反向恢复几乎为零的特性使其在许多PFC电路中具有广阔的应用前景。 例如，在3kW高效通信电源无桥交错PFC电路中，使用2颗基本半导体650V/10A碳化硅肖特基二极管，可以帮助客户实现满载效率大于等于95%的高技术要求。

　　电动汽车上使用的逆变器，使用碳化硅替代传统材料，可缩小近50%的体积和重量，使用寿命也大大延长。 随着太阳能发电站、电动汽车、电力机车等新能源项目的普及，使用碳化硅制造的大功率逆变器、变频器、电机调速器市场前景将会会急剧膨胀，对新能源电动汽车而言，提升充电速度和降低充电成本是行业发展的两大目标。 在充电桩电源模块中使用碳化硅器件，可以实现充电桩电源模块的高效化和高功率化，进而实现充电速度的提升和充电成本的降低。

　　碳化硅同时还是一种性能优良的LED衬底材料。 使用氮化镓可以制造出发光效率为节能灯3～4倍、寿命为节能灯10倍的高亮度LED照明灯。 由于碳化硅和氮化镓的晶格失配小，碳化硅单晶是氮化镓基LED、肖特基二极管、金氧半场效晶体管等器件的理想衬底材料。

　　在特高压的应用柔性输电直流断路器中，碳化硅也有着不可忽视的作用。 特高压作为大型系统工程，将催发从原材料和元器件等一系列的需求，而功率器件是输电端特高压直流输电中FACTS柔性输电技术和变电端电力电子变压器（PET）的关键器件。 直流断路器作为柔性直流输电的关键部分之一，其可靠性对整个输电系统的稳定性有着较大影响。

　　由于直流断路器整体电压高，受限硅器件目前电压等级，使用传统硅基器件设计直流断路器需要多级子单元串联，在直流断路器中使用高电压碳化硅器件可以大大减少串联子单元数量，是行业研究的重点方向。 未来高电压碳化硅功率器件成熟稳定后，在直流断路器中具有广阔的应用前景。

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