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宽禁带半导体,功率竞技

时间:2019-04-17 08:12来源:Compotech 作者:任苙萍 点击:
在第一代半导体材料——硅(Si)、锗 (Ge) 元素逼近物理极限后,以砷化镓 (GaAs)、磷化镓 (GaP)、磷化铟 (InP) 为代表的第二代便开始走向"化合物";惟因资源稀少性和环境污染问题,加上电子器件性能不断提升、对工作温度/辐射/功率的要求亦随之拉高,第二代显得力有未逮,于是促成了第三代"宽禁带"(Wide Bandgap, WBG) 材料兴起,以碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 最受瞩目;在击穿强度 (Breakdown Strength)、热导率 (Thermal Conductivity) 和电子饱和漂移速度 (Drift Velocity) 具有优势,意谓:高效率、低损耗,并可将功率器件小型化。
 
Market Study Report 预测,SiC 和 GaN 功率器件市场 2018 年估值为 3.2 亿美元,预计 2025 年将达到 3.08 亿美元,预测期内的年复合成长率 (CAGR) 为32.5%。那么具体而微,SiC 与 GaN 有何差别?就物理特性而言,两者的"带隙"(频带宽度,攸关能量) 在伯仲之间,意即电压击穿能力不相上下,但导热率表现就高低立判了:碳化硅的导热系数高于氮化镓、可耐受更高电压;且功率密度大、相同的尺寸能处理更多电流,更适合大功率应用。以往,碳化硅和氮化镓常以 600V 或 650V 为界——高压由 SiC 撑场,需要高速开关的中、低压倾向 GaN。
 
只是,随着制程技术的不断前行,这样的界线正在上移,已有人提出 900V 以下的应用皆是氮化镓能力所及者,为原本自消费电子切入的 GaN 创造更多机会;另 5G 高频通信及去中心化特性对功率放大器 (PA) 依赖日深,亦成 GaN 绝佳舞台。然而,碳化硅也没就此停顿,正努力朝更高压发展以因应更多工业/汽车的超大动力所需;与此同时,基于设备及人身安全考虑,连带催生"隔离器"及电路板布局之仿真分析的需求。此外,就在 SiC 和 GaN 竞合之余,新成员——氧化镓 (Ga2O3) 正翩然驾临,可望填补 AC-DC 转换等低频、高压应用区间。
 
当人们的日常生活越来越离不开电子产品、功率器件越来越重要,宽禁带半导体,正在竞逐着他们的辉煌!

 

(责任编辑:jane)
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