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近几年来，依据硅(Si)、氮化镓(GaAs)半导体材料器件的功率器件受原料特点限定，正接近物理極限，产业规划进到短板。而以碳碳复合材料(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料器件，具有禁带宽度大、透过电场强度高、传热系数高、电子器件器件饱合速率高特点，得到更为广泛的应用。
工业市场对机器设备的可靠性、稳定性有更高要求，因此SiC和GaN器件在工业市场有着较大的市场应用室内空间设计。意法半导体(ST)是工业半导体器件市场领先的代理商之一，近几年来也在持续促进SiC和GaN器件在工业领域的应用。
日前，意法半导体举办工业主流媒体交流会。意法半导体分立和模拟仿真产品器件部销售渠道建设和应用高级副总裁沐杰励详解了SiC和GaN器件在工业领域的将来发展状况，以及意法半导体的相关产品解决方案。
SiC MOSFET 在工业领域将保持12%平均增长率
SiC是第三代半导体材料器件的代表着。目前硅基MOSFET应用多在1000V以下，约在600~900V正中间，若超过1000V，芯片尺寸会特别大，变换损耗、分布电容也会上升。SiC器件相对于Si器件的优势之处在于降低机械能损耗、更易进行小型化和更耐高温。
在工业市场，SiC器件重要应用于直流充电桩及电力信息化、工业耗电量等领域，如SiC功率器件在电力信息化的重要应用包括髙压直流输电直流变换器阀、柔性直流输电直流变换器阀、灵活有效的沟通输变电机器设备、髙压直流断路器等电力安装工程电子变压器机器设备中，可以造成高效率、输出功率大的、高频率的优势。之中，2018-2025年SiC MOSFET在工业领域预计将保持在12%的平均值增长速度。
沐杰励表明，意法半导体在SiC器件方面，拥有广泛的解决方案，分立器件、裸集成ic、模块和持续提高的生产量，以可用市场的加速扩张。本次交流会上，意法半导体呈现了采用SiC器件与计算机系统控制的15kW双向PFC(3级T型)，解决方案包括32位MCU STM32G474、SiC MOSFET SCTW35N65G2V、电气设备护栏网压控制板STGAP2S、模拟仿真温度传感器STLM20W87F、髙压整流电路VIPer26K。SiC MOSFETs搭配STM32G474可进行70kHz高电源总开关输出功率运行，进行更高的运行效率高，预计一年内很有可能务必节省330KW的机械能(以每日运行12小时为事例)。
意法半导体对于SiC器件的发展趋向十分重视。去年12月，意法半导体完成了对法国SiC晶圆制造商Norstel的整体收购。现如今SiC圆晶存在供货急缺的情况，意法半导体收购Norstel股权，一方面是扩大SiC的一手货源，另一方面也是看中了它的新技术应用。
意法半导体首席战略官CEOJean-Marc Chery表明：“在全球碳碳复合材料生产量受限制的大环境下，并购Norstel将有益于提升ST内部构造的SiC绿色生态管理体系，提高大伙儿的生产加工敏感度，使我们可以可以能够更好地控制集成ic的达标率，进行质量管理，并为我们的碳碳复合材料建设规划和发展趋势给与可用。”
据了解，Norstel早已设计开发一种可提高SiC圆晶质量且成本管控的生产工艺。收购Norstel后，意法半导体将可以加强SiC的垂直结合，造成成本费用优势。Norstel被结合到意法半导体的全球产品开发和生产加工工作流程中，有益于再度发展趋向150mmSiC裸片和外延片的生产加工，此外产品开发200mm圆晶以及更广泛的宽禁带原料。
可以用低压高频，GaN蓄电池充电领域开机启动项
由于GaN的禁带宽度较为大，应用GaN可以获得更高服务器带宽、更高变大仪获得、生产加工规格型号更小的半导体器件器件。在工业市场，GaN器件产品包括SBD、FET等房屋朝向无线网络快充技术性、电源开关等的产品。目前市场上的GaN充电插头可可用USB快充，以27W、30W和45W功率居多。
在本次新品发布会上，意法半导体详解了采用一款采用GaN FET SiP 半桥促进的65W Type-C & PD充电插头。该方案的控制板与2个650V GaN FETs采用同一封装类型，电源总开关输出功率保证350kHz，输出功率比市场标准高1.5倍至2倍。
意法半导体对于GaN的设计开发也十分重视。2021年2月，意法半导体发布与tsmc在GaN方面加强合作。意法半导的氮化镓生产工艺流程来生产加工GaN产品。tsmc工作流程设计开发副总经理张晓强表明，期待和意法半导体合作把GaN功率电子器件器件的应用带进工业与汽车功率转换。tsmc氮化镓生产加工专业结合意法半导体的产品设计与车子级试点工作工作能力，将大幅度提高节能环保经济收益，支援工业及汽车功率转换之应用。
日前，意法半导体还收购了荷兰的GaN科技创新企业Exagan公司的绝大多数股权。Exagan在GaN外延性性制作工艺、产品开发和应用方面具有充裕工作经历，意法半导体对其收购将扩宽在工业、车子等领域，GaN产品的应用与发展趋向。
首席战略官CEOJean-Marc Chery表明：“意法半导体的碳碳复合材料发展前景刚劲有力，现如今大伙儿早已扩大对另一种市场市场前景很好的结合材料--氮化镓的资金分配，以促进车子、工业和买卖市场消费者采用GaN功率产品。”
新基建加速第三代半导体器件在工业市场应用
近日，在我国慢慢大力推动新基建的实行。这对SiC和GaN等第三代半导体器件的应用拓展将产生有效的促进作用。
沐杰励表明，新基建对于SiC器件而言，是一个非常大的机会，ST早就与市场中的重要参与者合作，以做到这一新的要求。ST与消费者一起设计开发解决方案，并依据设计开发专用的SiC产品，用MCU设计开发计算机系统控制解决方案。ST仍在科研其他构件，例如，在电动车充电站蓄电池充电时，务必在汽车和电动车充电站正中间通信，并设定务必传输的电能功率。
此外，沐杰励感觉，GaN器件也是有其市场室内空间设计。GaN的优势在于其电源总开关输出功率尤其高。高电源总开关输出功率意味着着可以运用规格型号更小的无源元件。倘若务必降低器件的规格，这时GaN将充分运用关键作用。
根据沐杰励的可能，在其所担负的亚洲地区市场上，2019年SiC的工业市场企业规模是1.5亿美金。这是一个十分乐观的数据信息。相关GaN，大伙儿还能够看到一些应用，公布的充电插头和一些用于图腾柱专业性的机械设备。因此可能亚洲地区工业GaN市场企业规模近2500万美元。
针对SiC与GaN的大批量生产成本费用仍高过Si，这是会伤害在工业控制的使用者意愿?沐杰励感觉：“顾客会做出明智的选择。哪些机械设备采用SiC或GaN，哪里的消费者便会获得更低的支出/成本费用，如更低的自己水电气支出，更短的手机电池充电时间，快速的汽车充电时间，更低的耗损功率，更清除的能源解决方案等。在这儿情况下，消费者会发现成本费用并不如想象得一样高。大伙儿为实用价值付钱，尤其是在B2B市场上。因此，倘若该解决方案可以做到顾客满意度，并且总体成本费用，而不是一个器件的花费相非常低，将对市场有利。”
“当然，宽带网络隙专业性健全下来也是有较长的路要走。但不应该让价格将其限制住。我们都知道，成本费用将随着着总产量提升而减少。我们不应把它归入关键考虑的问题。”沐杰励注重。
文稿来自：中国电子报、电子器件器件信息产业网