碳化硅发展生逢其时-电子发烧友网

*文末有礼

碳化硅（SiC) 正在改变人类能源控制和转换的方式，带来一场颠覆性变革。电动汽车、可再生能源、储能和不间断电源等许多应用都能通过SiC实现性能的飞跃，使用SiC带来的长期成本效益极为可观。

SiC缘何成为时代的宠儿？

因为SiC提供了比硅基晶体管更高的效率。 安森美工业SiC功率模块和分立器件高级产品经理John Harper为我们详细诠释了SiC的硬实力。能源的转化和控制包括交直电转换或直流电的高低压转换。每次能量转换都会产生损耗，以往使用的主要半导体元件是硅基二极管和MOSFET。而使用SiC器件可以提高效率，减少损耗。

这是因为SiC的导通电阻比硅低数百倍，电阻越小，压降越低，意味着更低的功率损失和更少的热耗散。由于导通损失和开关损耗较低，SiC器件可以在更高的频率下工作。这些优点叠加让SiC器件尺寸更小，同时不牺牲功率性能。最渴望降低损耗的三个关键应用是：电动汽车、可再生能源和转换储存的能量。电动汽车使用储存的能量来产生动能，交流信号的幅度和频率控制着电动机输送的能量，在这些转换阶段使用SiC，能提高开关效率，并最大限度地提高车辆电池中储存的能量。电动汽车是SiC的最大受益者，SiC能提高续航能力，同时让电池更小。原因很简单：SiC在两个方向上都有很好的导电性，IGBT则不能。驾驶电动汽车不是在 100% 的负载下行驶，而是在 10%左右运行，在这种轻负载情况下，SiC的反向传导可真正发挥作用。而超级结MOSFET的体二极管开关性能非常差，所以它们很少被用于电机应用。电动车充电桩为电池充电时，一直以100%的负荷运行，这正是1200V SiC MOSFET的低开关损耗发挥作用的地方，减少损耗，提高效率，让电动车充电器更容易冷却。

可再生能源采用直流电压，将其转换为交流电并供给电网，直流到交流的转换需要高效的开关功率，才能最大限度地捕获能量。太阳能逆变器由多个模块化机柜组成，希望在相同机柜尺寸下得到更高的功率。假设系统总功率需要达到2.5兆瓦，而一个机柜为250KVA，需要10个机柜。使用SiC，就可以提高开关频率，将单机柜功率提升至350 KVA，只需8个机柜，SiC可大大减少太阳能逆变器中电感器的尺寸、重量和安装成本。停电时，储能系统可以保持世界的正常运转，电力转换设备尽可能用最高效率将储存的能量转化为交流电。储能系统、UPS、电解器、燃料电池逆变器系统都受益于SiC。比如几乎所有新UPS设计都使用SiC，以减少逆变器的损耗，从而大大降低散热成本。

“中压电网”系统多为10千伏、20千伏左右的交流电，需要采用固态变压器将其转换为直流电，用于电动车充电站或使用直流电的数据中心，这些系统也都受益于1700V、2000V级别的SiC器件。

安森美能做什么

安森美的SiC二极管、MOSFET和模块系列经过优化，极为适合维也纳整流拓扑、DC-DC固态继电器、牵引和电机驱动、PFC、硬开关和输出整流。对于需要最高功率密度的应用，安森美提供了全系列的SiC产品。端到端的供应链意味着安森美可以在设计和制造的每个关键阶段，实现成本优化。 全系列产品 安森美提供额定电压为600V、1200V和1700V的SiC MOSFET，额定电压为650V、1700V和1200V的SiC二极管，额定电压为1200伏的SiC模块，为太阳能市场提供丰富的SiC混合模块组合。最近发布的28毫欧1700伏 SiC MOSFET有D2PAK和TO-247两种封装。M3系列1200V SiC MOSFET 也在扩展，30毫欧、40毫欧和70毫欧等型号很快就会有样品。安森美全系列的新SiC MOSFET驱动，可以和SiC MOSFET配套，让客户加快设计进程。安森美还通过丰富的应用和建模经验，为用户挑选合适的SiC产品，确保在终端应用中运行可靠，并适合制造和量产。 端到端的供应链 安森美是唯一一家拥有完整端到端SiC供应链的半导体制造商，从原材料到最终成品，从衬底到模块全覆盖，质量控制贯穿所有环节，确保对SiC产品的质量和供应都有控制。安森美所有器件都通过可靠性测试（高达175摄氏度）、全范围电压测试、百分百雪崩测试和严格的老化过程，以确保排除早期故障，提高SiC制程工艺的整体质量。

第一步，用原材料生长出SiC晶锭，然后通过一系列制造步骤将其转化为晶圆，在每个晶圆顶部添加一个外延层，或称EPI。在SiC成品器件中，这个外延层给予产品所需的额定电压。例如，750V或1200V用于电动汽车，1200V或1700V用于太阳能逆变器应用。晶圆准备好后，可以制成SiC MOSFET或二极管晶圆，制造过程中需要测试完成的晶圆，以检测所有可能改变其性能的潜在缺陷，它们被切成小块后组装成模块或分立器件，再进行测试和包装后才发货。安森美通过智能工厂自动化跟踪原始SiC晶圆制造过程中的轻微异常。甚至在产品通过初步质量检控之后，也能跟踪，确保不会交付任何有质量缺陷的器件。安森美不但致力于SiC产品技术创新，还积极投资，不断扩大产能，最近收购了GT advanced technologies，以满足SiC产品不断增长的需求。

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