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近些年，根据硅(Si)、氮化镓(GaAs)半导体器件的输出功率器件受原材料特性限制，正贴近物理学極限，产业发展规划进到瓶颈。而以碳碳复合材料(SiC)、氮化镓(GaN)为象征的第三代半导体器件，具备禁带宽度大、穿透电场强度高、导热系数高、电子器件饱合速度高特性，获得更加普遍的运用。
工业市场对设备的稳定性、可靠性有更高规定，因而SiC和GaN器件在工业市场拥有很大的市场运用室内空间。意法半导体(ST)是工业半导体材料市场领跑的经销商之一，近些年也在不断推动SiC和GaN器件在工业领域的运用。
日前，意法半导体举行工业新闻媒体座谈会。意法半导体亚太分立和仿真模拟商品器件部销售渠道建设和运用高级副总裁沐杰励详细介绍了SiC和GaN器件在工业领域的未来发展状况，及其意法半导体的相关产品解决方法。
SiC MOSFET 在工业领域将维持12%平均增长率
SiC是第三代半导体器件的意味着。现阶段硅基MOSFET运用多在1000V下列，约在600~900V中间，若超出1000V，芯片尺寸会非常大，转换耗损、分布电容也会升高。SiC器件相对性于Si器件的优点之处取决于减少动能耗损、更易完成微型化和更耐热。
在工业市场，SiC器件关键运用于直流充电桩及电力信息化、工业用电量等领域，如SiC输出功率器件在电力信息化的关键运用包含髙压直流输电换流器阀、软性直流输电换流器阀、灵便沟通交流输配电设备、髙压直流断路器等电力工程电子变压器设备中，可以产生效率高、功率大的、高频的优点。在其中，2018-2025年SiC MOSFET在工业领域预估将维持在12%的均值增速。
沐杰励表明，意法半导体在SiC器件层面，有着普遍的解决方法，分立器件、裸集成ic、控制模块和不断增加的生产能力，以适用市场的加快扩大。此次座谈会上，意法半导体展现了选用SiC器件与计算机控制的15kW双重PFC(3级T型)，解决方法包含32位MCU STM32G474、SiC MOSFET SCTW35N65G2V、电气隔离栅压控制器STGAP2S、仿真模拟温度感应器STLM20W87F、髙压逆变电路VIPer26K。SiC MOSFETs配搭STM32G474可完成70kHz高电源开关工作频率运作，完成更高的运转高效率，预估一年内可能必须节约330KW的动能(以每日运作12钟头为例子)。
意法半导体针对SiC器件的发展趋势十分重视。上年12月，意法半导体完成了对德国SiC晶圆制造商Norstel的总体回收。当今SiC圆晶存有供应紧缺的状况，意法半导体回收Norstel股份，一方面是扩张SiC的一手货源，另一方面也是看好了它的新技术应用。
意法半导体首席战略官CEOJean-Marc Chery表明：“在全世界碳碳复合材料生产能力受到限制的大环境下，总体企业并购Norstel将有利于提高ST内部结构的SiC生态体系，提升大家的生产制造灵敏性，使大家可以能够更好地操纵集成ic的合格率，开展质量控制，并为咱们的碳碳复合材料发展规划和发展给予适用。”
据介绍，Norstel已经开发设计一种可提升SiC圆晶品质且控制成本的生产技术。回收Norstel后，意法半导体将可以加强SiC的竖直融合，产生成本费优点。Norstel被融合到意法半导体的全世界产品研发和生产制造业务流程中，有利于再次发展趋势150mmSiC裸片和外延片的生产制造，与此同时产品研发200mm圆晶及其更普遍的宽禁带原材料。
可用低电压高频率，GaN电池充电领域开机启动项
因为GaN的禁带宽度比较大，运用GaN可以得到更高网络带宽、更高放大仪收获、生产制造规格更小的半导体材料器件。在工业市场，GaN器件商品包含SBD、FET等朝向无线快速充电技术、电源总开关等的商品。现阶段市场上的GaN充电头可适用USB快速充电，以27W、30W和45W输出功率占多数。
在此次发布会上，意法半导体详细介绍了选用一款选用GaN FET SiP 半桥推动的65W Type-C & PD充电头。该计划方案的控制器与2个650V GaN FETs选用同一封装形式，电源开关工作频率做到350kHz，功率比市场规范高1.5倍至2倍。
意法半导体针对GaN的开发设计也十分重视。2021年2月，意法半导体公布与tsmc在GaN层面加强协作。意法半导体将选用台积企业的氮化镓生产工艺来生产制造GaN商品。tsmc业务流程开发设计副总张晓强表明，希望和意法半导体协作把GaN输出功率电子器件的运用带进工业与汽车功率变换。tsmc氮化镓生产制造技术专业融合意法半导体的设计产品与车辆级认证工作能力，将大幅度提高环保节能经济效益，援助工业及汽车功率变换之运用。
日前，意法半导体还回收了法国的GaNExagan企业的大部分股份。Exagan在GaN外延性加工工艺、产品研发和运用层面具备充足工作经验，意法半导体对其回收将扩宽在工业、车辆等领域，GaN商品的运用与发展趋势。
意法半导体企业首席战略官CEOJean-Marc Chery表明：“意法半导体的碳碳复合材料发展潜力强劲有力，如今大家已经扩张对另一种市场前景非常好的复合材质--氮化镓的资金投入，以推动车辆、工业和交易市场顾客选用GaN输出功率商品。”
新基建加快第三代半导体材料在工业市场运用
近日，我国逐渐大力促进新基建的执行。这对SiC和GaN等第三代半导体材料的运用扩展将带来合理的推动功效。
沐杰励表明，新基建针对SiC器件来讲，是一个很大的机遇，ST早已与市场中的关键参加者协作，以达到这一新的规定。ST与顾客一起开发设计解决方法，并根据开发设计专用型的SiC商品，用MCU开发设计计算机控制解决方法。ST仍在科学研究别的部件，比如，在电动车充电站电池充电时，必须在车辆和电动车充电站中间通讯，并设置必须传送的电磁能输出功率。
与此同时，沐杰励觉得，GaN器件也是有其市场室内空间。GaN的优点取决于其电源开关工作频率特别高。高电源开关工作频率代表着可以应用规格更小的无源元件。假如必须减少器件的尺寸，这时GaN将充分发挥主要功效。
依据沐杰励的估计，在其所承担的亚洲市场上，2019年SiC的工业市场经营规模是1.5亿美金。这是一个十分开朗的数据。有关GaN，大家还可以见到一些运用，比如一些企业发布的充电头和一些用以图腾柱技术性的机器设备。因而估计东亚地区工业GaN市场经营规模近2500万美金。
对于SiC与GaN的批量生产成本费仍高过Si，这是不是会危害在工业操纵的运用者意向?沐杰励觉得：“客户会作出明智的选择。什么机器设备选用SiC或GaN，哪儿的顾客便会得到更低的开支/成本费，如更低的本人水电费开支，更短的手机电池充电时长，迅速的汽车充电时长，更低的损耗输出功率，更清理的电力能源解决方法等。在这里情形下，顾客会发觉成本费并比不上想像得一样高。大家为使用价值买单，尤其是在B2B市场上。因而，假如该解决方法可以达到客户满意度，而且整体成本费，而不是一个器件的费用相比较低，将对市场有益。”
“自然，宽带网络隙技术性完善下去也有较长的路要走。但不应该让价钱将其限制住。大家都知道，成本费将伴随着生产量提高而降低。我们不应把它列入主要考量的问题。”沐杰励强调。
文稿来源于：中国电子报、电子器件信息产业网