车规GaN和SiC的应用有所不同

日期:2020-09-03


PSDC主编刘洪
 
近年来,以GaN(氮化镓)和SiC(碳化硅)为代表的宽禁带半导体功率器件(因篇幅所限,主要谈GaN)凭借诸多性能优势,在航空航天、智能家电、通信、电力传输、轨道交通和新能源汽车等领域出现了取代传统硅功率器件的势头。我们正进入一个第三代半导体的新时代。
当然,新的东西有它好的一面,也会有相应的挑战,要在各类应用中充分发挥新型功率器件和模块的优势,还需要有可靠和保护机制的耐高温驱动器,而成本方面也必须加以考虑。
虽然同属第三代半导体,又都可以在高效率汽车应用中使用,GaN和SiC还是有各自的分工。特别是,一些厂商的GaN功率器件已经超过了之前GaN和SiC耐压的临界点600V,开始进入车规功率市场,而且在
GaN开始在高耐压的汽车应用市场上初试身手。这么快就突破了SiC和GaN适用耐压的临界点600V,走向了更高耐压。那么,在车规应用中,GaN和SiC孰优孰劣呢?
事实上,SiC技术的历史已有20多年,GaN技术则是在其后才出现的。SiC器件的耐压可以在1200V甚至更高,像英飞凌、ST、UnitedSiC、Wolfspeed等都有1200V SiC MOSFET或SiC二极管。此前,GaN器件耐压较低,由于GaN器件的高电子迁移率特性,关断时间几乎为零,因此更适用于高频应用,有很高的效率和性能。另外,GaN的成本控制潜力比较好,尤其是大功率硅基GaN输出功率和工作频率更高,是取代硅功率器件理想选择。第三是成本,由于研发历史比较长,目前SiC比GaN器件更便宜些。
有些令人意外的是,GaN技术发展很快,提前进入了高耐压、大功率的汽车应用市场。当然,作为第三代半导体中最成熟的材料,SiC和GaN在应用上可以优势互补。比如,SiC的热导率是GaN的三倍以上,在高温应用领域更有优势,适用于1200V以上的高电压、大电流应用,而GaN的适用范围主要是高频、小电流领域。这恰恰覆盖了新能源汽车、光伏、节能家电、通信射频等大多数具有广阔发展前景的新兴应用市场。
毫无疑问,650V GaN FET是半导体行业的一次革命性突破。GaN的目标已瞄准实现更高功率转换的牵引逆变器市场。随着一些车企的预研和规划,尤其是设计人员的设计经验积累和对该技术的认知,GaN应用的渗透率会不断增加,改变目前只有消费类产品快速充电中渗透率较高的尴尬局面,让碳化硅在汽车领域发挥更大的作用。

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