碳化硅功率半导体领先制造商联合碳化硅 (UnitedSiC) 执行长 Chris Dries 表示，在宽能隙 (WBG) 功率组件的市场上，碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 将在此后十年中持续快速成长，两者并非取代关系或互斥选择，而是每种材料系统都会找到合适的应用。UnitedSiC 预期碳化硅将持续占据 650V 以上应用的主导地位，而氮化镓将持续在 650V 以下找到许多应用来取代硅组件。两者最大的区别在于：SiC 功率组件利用垂直电流流动来经过主动组件层，并进入高导电衬底；而 GaN 是采用横向晶体管结构，通常用于价格较低的硅衬底。
照片人物：UnitedSiC 执行长 Chris Dries
Dries 主张，虽然使用 Si 代替 SiC 作为衬底，可提升氮化镓的成本效益；殊不知 SiC 具备特征导通电阻优势 (影响晶粒尺寸)，更跳脱一般所认知的成本优势。UnitedSiC 目前提供的 SiC FET (场效晶体管) 价格可媲美同业的硅基超级结 (super junction) 组件，因为晶粒尺寸较最佳的硅基竞品小了十倍！如前所提，GaN 和 SiC 预期将持续成长，但 SiC 因先一步入市，未来几年会有较大的规模，第三方独立研究报告也多抱持相同论点。他指出，目前电动车使用 SiC 的三个主要应用领域是：DC-DC 转换器、车载充电器和牵引逆变器 (traction inverter)。
图1：SiC vs. GaN JFET 晶胞 (cell) 结构
资料来源：UnitedSiC；https://unitedsic.com/whitepaper/Practical-considerations-when-comparing-SiC-and-GaN-in-power-applications.pdf
DC-DC 转换器是用于降低电池组的高压电，以便为 12V 车载系统供电；车载充电器装有功率因子校正电路，通常使用相移式全桥 DC-DC 级来为电池充电。在这两种应用中，相较于 Si，使用 SiC 的主要原因是：它提升了整体效率和功率密度。在牵引驱动中，SiC 一般不会使用高于硅基 IGBT (绝缘栅双极晶体管) 的频率，会去使用多半是着眼于 SiC FET 的传导耗损先天就比较低——因为相较于 IGBT，SiC FET 的电流电压特性缺少了＂切入电压＂(Knee Voltage)。UnitedSiC 的组件由主要处理基于 Si CMOS 器件的晶圆厂制造，可产出类似 Si 的良率。
有些制造工艺步骤需在高温下运行 SiC 专用设备。当然，在晶粒尺寸方面，采用先进技术的挑战之一是：要通过较小的晶粒面积进行散热，而 UnitedSiC 可借助相当先进的晶粒黏着 (Die attach) 技术来解决这个问题。未来，射频产品所采用的一些技术或许会扩展至功率器件范畴。Dries 介绍，UnitedSiC 的组件结构在市场上独一无二，并提供使用者标准的硅栅极驱动，使用户＂可通过简单的路径将现有的硅设计升级为 SiC＂。在提供业界最佳本体二极管 (body diode) 效能的同时，还提供几乎不受温度影响的极低反向恢复 (Qrr)。
图2：电动车之功率转换组件分布
导通电阻的正温度系数使 UnitedSiC 的组件极易并联。特别一提的是，其新一代组件提供保证的＂短路耐受时间＂，这对电机驱动应用 (如牵引逆变器) 至关重要，预期未来几年将占据大部分业务。最后，SiC 及 GaN 电源解决方案的专业代理商益登科技 (Edom) 技术应用中心技术经理陈德玮补充，1KW 以上的功率电压较高电流较大，而 SiC 的优势在于：降低电能转换的能量损耗、更容易实现小型化、更耐高温高压。依照目前的制造工艺技术来看，SiC 较具优势、轻松实现 1KW 以上的产品；而 500W 以下小体积高功率密度产品则推荐 GaN 解决方案。
陈德玮解说，这是因为 GaN 拥有更高的功率密度输出及更高的能量转换效率，且可使系统有效增加单位能量密度，缩减电力电子设备的体积和重量、实现小体积高功率产品。不论在 AC-DC 及 DC-DC 应用领域里，益登皆可提供专业支持。
照片人物：益登科技 (Edom) 技术应用中心技术经理陈德玮
