用于新型电力电子的 GaN、SiC

我们深入探讨了 WBG 技术的前景和缺陷，考察了这些硅替代品的优缺点，以及汽车和 5G 等要求苛刻的应用是否足以将 GaN 和 SiC 技术推向未来芯片设计的前沿。

首先，简要介绍一下：GaN 和 SiC 被指定为 WBG 半导体，基于将这些材料中的电子从价带转移到导带所需的能量。对于硅，这个能量是 1.1 电子伏特 （eV）；SiC 约为 3.2 eV，GaN 约为 3.4 eV。这些特性导致更高的适用击穿电压，在某些应用中可高达 1，700 V。

我们的特别项目研究了推动 WBG 市场的力量、多年未实现预期后的未来前景，以及哪些应用可能为市场渗透提供跳板。

GaN 和 SiC 半导体在电源应用中提供优于硅的优势，尤其是在电源市场中。然而，使用这些宽带半导体的设计人员面临着现实世界的挑战。

当前一代的 SiC 器件至少可以撼动全球半导体行业的某些领域。同时，GaN 技术正在朝着理论性能边界发展，支持者认为该边界明显优于老化的硅 MOSFET，比当前的 GaN 器件好 300 倍。

WBG 半导体功率开关的主要优点包括高电流密度、更快的开关速度和更低的漏源导通电阻。传统的硅半导体仅限于几百千赫兹的开关频率，而 SiC 和 GaN 都扩展到兆赫兹范围。

基于 GaN 和 sSiC 技术的功率半导体可以为跨工业环境的高效电源提供途径，同时还可以补充可再生能源领域的扩展。

然而，Electronic Products 的主编 Gina Roos 警告说，使用 WBG 半导体进行设计需要一些额外的专业知识。

GaN 器件制造商在材料和工艺技术方面的进步导致电动汽车等高压、大功率应用的性能和成本均有所提高。同时，碳化硅技术的高导热性可以比其他半导体材料更快地散热。

如果市场需求增长，下一步将是稳定基板供应链，以快速响应对大功率解决方案不断增长的需求。

我们从 Efficient Power Conversion Corp. 的首席执行官 Alex Lidow对基于硅的分立功率器件的未来的研究开始，解开这些以及其他技术和市场问题。

接下来，我们与 GaN Systems 的Larry Spaziani坐下来探讨新兴 WBG 技术的市场前景和机遇。

Microchip 的 Orlando Esparza 评估了 SiC 技术下一个采用阶段的前景，重点关注器件可靠性以及 SiC 提供系统解决方案的程度。

在与 Yole Développement 跟踪行业部门的 Ezgi Dogmus 的讨论中，我们还考虑了 WBG 市场的前景和采用率。

随着 WBG 生态系统的扩展，我们还收到了电力电子应用开发商的意见，包括来自安森美半导体的慕尼黑设计工程师。

电池充电正在成为 GaN 技术的一种可能应用。Power Integrations 的 Chris Lee 认为，GaN 的实施有望带来充电器设计的一场革命。

在其他地方，罗门半导体的工程师讨论了 SiC MOSFET 的设计挑战和有前景的应用。

混合动力和电动汽车可能代表了 WBG 材料最有前途的应用。技术作家 Stefano Lovati 研究了 WBG 材料提供的潜在效率和功率转换优势。

在更远的地方，德州仪器公司的 Masoud Beheshti 解释了未来的电网组件将如何利用 GaN 技术。

为了完成我们的 WBG 特别项目， UnitedSiC 的Anup Bhalla将 SiC 器件作为推动半导体行业转型的催化剂，以寻求更低的功率和更高的性能。　　

      审核编辑：彭静