传统的硅组件、碳化硅(Sic)和氮化镓(GaN)

QWE4562009

传统的硅组件、碳化硅(Sic)和氮化镓(GaN)

- G5 d4 w1 F3 d% [伴随着第三代半导体电力电子器件的诞生，以碳化硅(Sic)和氮化镓(GaN)为代表的新型半导体材料走入了我们的视野。SiC和GaN电力电子器件由于本身的材料特性，各自都有各自的优点和不成熟处，因此在应用方面有区别 。一般的业界共识是：SiC适合高于1200V的高电压大功率应用；GaN器件更适合于40-1200V的高频应用。在600V和1200V器件应用领域，SiC和GaN形成竞争。随着碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等新材料陆续应用在二极管、场效晶体管(MOSFET)等组件上，电力电子产业的技术大革命已揭开序幕。这些新组件虽然在成本上仍比传统硅组件高出一大截，但其开关速度、切换损失等性能指针，也是硅组件难以望其项背的。

& C$ B- u$ }9 B. W- ^( m9 o5 z' E) ?碳化硅具有极佳的材料特性，可以显著降低开关损耗，因此电源开关的操作频率可以大为提高，从而使电源系统的尺寸明显缩小。至于在转换效率方面，相较于硅晶体管在单极(Unipolar)操作下无法支持高电压，碳化硅即便是在高电压条件下，一样可以支持单极操作，因此其功率损失、转换效率等指针性能的表现，也显著优于硅组件。目前大功率电力设备多半仍以机械结构为主，造价高昂，且产品相当笨重，更需要经常维修。为了改良这些缺点，以电力电子为基础的新一代大功率电力设备应运而生。碳化硅等新世代组件，则是在背后促成这股电力设备电子化不可或缺的功臣。虽然碳化硅组件可望成为推动电力设备由机械转向电子结构的重要推手，但现阶段碳化硅组件最主要的应用市场，其实是电动汽车。电动汽车应用之所以对碳化硅组件的需求如此殷切，主要原因在于可实现更轻巧的电源系统设计，不管是车身上的动力总成(Powertrain)系统，还是固定安装在路边或车库里的充电桩，导入碳化硅组件的进度都非常快。对车载应用而言，设备的大小跟重量非常关键。若车上的逆变器(Inverter)、充电系统能做得越小巧，则电动车的电池续航力越高。这是电动车厂商之所以对碳化硅解决方案趋之若鹜的主要原因。


) G( _- W9 a9 D9 l" u相较于碳化硅在大功率电力电子设备上攻城略地，氮化镓组件则是在小型化电源应用产品领域逐渐扩散，与碳化硅组件连手改变电力电子产业原本由硅组件主导的格局。氮化镓材料具有低Qg、Qoss与零Qrr的特性，能为高频电源设计带来效率提升、体积缩小与提升功率密度的优势，因此在服务器、通讯电源及便携设备充电器等领域受到市场相当不错的回响，应用需求也越来越多。近年来在消费性电源领域引发话题的手机快速充电、USB-PD等技术，就是氮化镓组件可以大展身手的舞台。和电动车的情况类似，快速充电也是智能型手机或便携设备用户非常欢迎的功能，而为了缩短电池充电时间，充电器必须用更高的电压或更大电流对电池充电。但行动装置的充电器本身也属可携式产品，其外观尺寸不能为了支持快速充电而增加太多，于这使得充电器制造商必须改用氮化镓组件来实现产品设计。也因为消费性市场存在可观的潜在需求，相较于碳化硅组件基本上是整合组件制造商(IDM)的天下，氮化镓制程已经吸引台积电等晶圆代工业者投入。不过，氮化镓阵营的业者也有问鼎大功率应用的企图心。到2020年时，氮化镓组件将进军600～900伏特市场，与碳化硅组件的竞争关系升温。
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3 a' @. u6 J  R  r0 J5 m问题：
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1.碳化硅(Sic)、氮化镓(GaN)、都是一种新型的材料。那COOLMOS又是啥？（这几年也很热门）
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% ~3 n6 c& j9 P* N% V+ K' w3 ]5 S' I$ q2.图片所示，列出了几个厂家，基本上都是欧美的。国产有哪些品牌也在做？

3.硅、碳化硅、氮化镓这三种材料其实是各有优缺点，传统的硅组件不一定都是缺点。他们三之间

( ?' h2 f: P  [" |9 F+ z, t5 o有哪些优缺点呢？（百度的东西不够系统全面，都是很散的回复，而且有些论文罗里吧嗦讲了很多，没说重点，不够简洁）

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碳化硅具有极佳的材料特性，可以显著降低开关损耗，因此电源开关的操作频率可以大为提高，从而使电源系统的尺寸明显缩小