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安森美半导体电源方案部产品市场经理——王利民(Raymond Wang)
宽禁带材料掀起电源技术革命
凭借材料本身的物理、电学特性优势，SiC、GaN这些宽禁带材料正在引起一场电源技术革命。相比传统的硅基材料，宽禁带材料的介电击穿场强高出10倍，制造同样规格的器件厚度更小，只有1/10或更低，而且显著降低电阻和热阻，大大降低功率损耗；同时SiC/GaN材料的电子饱和速度为硅材料的2倍，可轻易实现更高开关频率；第3个优势是工作温度范围大大增加，传统硅基材料在160℃以后漏电流（反向饱和电流）会大到无法忍受，而由于能带隙高出3倍，同样情况在宽禁带材料上出现，实验数据是400℃---600℃之间，在200℃的情况下，宽禁带材料器件依然可以稳定运行；第四点是宽禁带材料的热导率高出3倍，可以让系统变得更凉快并显著减少热应力。
“现有硅半导体器件，由于受到场强、禁带以及能隙、热导率的限制，其应用被限定在一些低压、低电流、低频率和一般效率的场合。为了达到现在新能源、汽车以及通信应用对于高功率密度、高电压、高频率、高效率，以及高导热率的要求，新一代的宽禁带半导体材料碳化硅以及其他的宽禁带半导体材料应运而生。这些材料可提供高场强、高能隙，以及高电子移动速度和热导率，让下一代半导体器件能够提供硅半导体器件无法达到的革命性性能” 安森美半导体电源方案部产品市场经理 王利民(Raymond Wang)说。
SiC材料正在大功率设备快速成长，分析机构预测，从2017年到2022年，SiC市场的年复合平均增长率（CAGR）达到35%，未来两年市场规模将翻倍至10亿美元，其中，用于全SiC模块的SiC二极管和MOSFET市场规模将迅速成长到接近4亿美元。
电动汽车、电动汽车充电桩、可再生能源、新能源以及5G和通信电源电源设备是安森美SiC业务的策略重点。
在美国，加利福尼亚州已签署行政命令，要求到2030年要实现500万辆电动车上路的目标；欧洲也有电动汽车全部替换燃油车的时间表；而在中国各大一线城市，电动汽车可以零费用上牌。这一系列政策都推动了电动汽车的大幅增长，电动汽车对于高压、高频率和高效率器件的需求也推动了碳化硅市场的大幅增长。
“电动汽车的出现带来了碳化硅MOSFET作为主驱的应用场景！”
电动汽车占整个碳化硅总体市场容量的约60%，是未来碳化硅的主要驱动力之一，碳化硅器件应用于主驱，OBC、DC-DC，可大幅度提高效率，因此能给电动汽车增加续航能力，有一些电动汽车从不可以销售变成可以销售，售价也大幅度地增长，因为续航里程和售价是成正比的。鉴于以上优点，目前几乎所有做主驱逆变器的厂家都以研究碳化硅做主驱为方向。
在典型的电动汽车使用中，相比传统IGBT功率器件，使用碳化硅MOSFET提升的效率是非常可观的，折算成电费，每年可以为一辆车增加价值750美元的电池续航能力。
“由于MOSFET器件使用碳化硅材料，使得高压器件可以做成MOSFET结构，MOSFET并联可以成倍地提高效率。这一点是IGBT并联达不到的。只要车价允许、汽车终端厂家可以少赚一点利润的话，系统效率升折算后省下的肯定远远不止750美元！”他补充说。
在OBC和DC-DC领域，绝大部分厂家使用碳化硅器件作为高效、高压和高频率的功率器件。
电源和5G电源以及数据中心是碳化硅器件最传统，也是目前相对较大的一个市场。
传统的开关电源领域在Boost及高压电源，对功率密度一直有着持之以恒的追求，从最早通信电源的金标、银标，到现在5G通信电源，云数据中心电源，这些都对于高能效有非常高的要求。碳化硅器件没有反向恢复特性，使得电源能效非常高，可达到98%的能效。
现在数据中心的应用里，安森美半导体主要看到的还是碳化硅二极管，包括前面的Boost，后面的输出的整流等。也有少数的电源专家在尝试碳化硅MOSFET的方案，这是因为碳化硅MOSFET的方案在做成大功率时，不需要用非常复杂的三电平的电路，可以用非常简洁的电路就可以非常容易地实现，这也是安森美半导体看到的一个应用趋势。
“我们在杭州的一个客户在给阿里做数据中心产品，它的电源需求以每年好几倍的速度在增长。”
电动汽车充电桩应用中SiC前景非常广阔
充电桩实现的方案有很多种，现在消费者最感兴趣的就是直流快充。直流快充的充电桩需要非常大的充电功率以及非常高的充电效率，这些都需要通过高电压设备来实现。在电动汽车充电桩的应用里，碳化硅无论是在Boost，还是输出的二极管，目前有很多使用主开关的碳化硅MOSFET电动汽车充电桩方案。
SiC材料在太阳能逆变器领域用量巨大
人们对环境问题日益重视，大量清洁能源加入到人类的能源供给系统，这其中就包括了取之不竭用之不尽的太阳能。在政策的驱动下，全球太阳能逆变器的安装量持续增长，预计未来10-15年将会有15%的能源（目前是1%）来自太阳能。中国制定的目标是到2030年，太阳能发电能够满足中国20%的能源需求。包括中国在内的许多国家已出台相关政策，个人已经可把太阳能电力卖回给电网。
碳化硅半导体可应用于太阳能逆变器的Boost，并且随着现在太阳能逆变器成本的优化。安森美半导体已经能看到不少厂家使用碳化硅的MOSFET作为主逆变的器件，替换原来的三电平（逆变器）控制复杂电路。
安森美半导体的SiC产品
安森美半导体的碳化硅器件拥有各种各样的电压、电流、封装等级以及二极管、MOSFET模块，包括功率的主驱，全系列碳化硅的解决方案。
“在H3TRB测试（高温度/湿度/高偏置电压）里，安森美半导体半导体的碳化硅二极管可以通过1000小时的可靠性测试。实际测试中，我们会延长到2000小时，这一性能大幅领先于市场上竞争对手的可靠性水平。事实上，安森美半导体曾经是JEDEC可靠性委员会的成员，宽禁带可靠性标准委员会现已并入JEDEC标准委员会，安森美半导体正是可靠性标准委员会的专家之一。”
在1200V测试环境中，SiC MOSFET 器件的面积仅为同规格IGBT器件的百分之一，在高压领域，碳化硅MOSFET以及碳化硅的二极管都是非常理想的开关器件，具有非常广阔的市场。
碳化硅二极管都具备大幅提高效率的特性
“碳化硅二极管还有一个痛点，它需要非常大的冲击电流，因为它的应用不管是在boost还是PFC都是需要扛住浪涌电流。针对这一点，安森美半导体为工程师和设计专家提供了一处非常贴心的设计。以1200V 15A的碳化硅二极管为例，在毫秒级安森美半导体的的碳化硅二极管有10倍的过滤，在微秒级有50倍的过滤。”
安森美半导体的SiC二极管为电动车主驱或者马达驱动的应用中提供雪崩能量。
“实现这点并不容易，很多友商都没有提供。”
“安森美半导体所有的碳化硅器件均满足汽车规范。安森美半导体所有的碳化硅器件均以汽车市场作为最重要的目标市场之一。”
SiC器件一直有一个晶圆产能的问题，相比很多公司与SiC晶圆供应商合作的方式，安森美半导体完全采用了自主生产的方式，最大限度地摆脱对别家SiC产能的依赖。
“目前市面上4英寸和6英寸碳化硅还是占绝大部分主流，基本占比接近100%。SiC产品从晶圆开始，整个和半导体相关的所有工艺都是安森美半导体自己的工艺和技术，我们并不使用其他家的晶圆。安森美半导体每年都在进行大量的投入来提高碳化硅的产能。”
