碳化硅助力電動汽車的續(xù)航和成本全方位優(yōu)化

與傳統(tǒng)的硅器件相比，碳化硅（SiC）器件由于擁有低導通電阻特性以及出色的耐高溫、高頻和耐高壓性能，已經成為下一代低損耗半導體可行的候選器件。此外，SiC 讓設計人員能夠減少元器件的使用，從而進一步降低了設計的復雜程度。SiC 元器件的低導通電阻特性有助于顯著降低設備的能耗，從而有助于設計出能夠減少 CO₂ 排放量 的環(huán)保型產品和系統(tǒng)。羅姆在 SiC 功率元器件和模塊的 開發(fā)領域處于先進地位，這些器件和模塊在許多行業(yè)的 應用中都實現(xiàn)了更佳的節(jié)能效果。

水原德健, 羅姆半導體（北京）有限公司技術中心總經理

目前，市場上基本按圖 1 劃分幾種材料功率半導體器件的應用場景。當?shù)皖l、高壓的情況下適用硅基 IGBT，如果稍稍高頻但是電壓不是很高，功率不是很高的情況下，使用硅基 MOSFET。如果既是高頻又是高壓的情況下，適用碳化硅 MOSFET。那么電壓不需要很大，功率不需要很大，但是頻率需要很高，這種情況下適用氮化鎵。目前來看，基于碳化硅材料的功率半導體適合應用于高頻高功率高工作電壓的應用場合。

圖1

相比硅，碳化硅具有高效率等特性，因而可以更有效地利用電動汽車電池的電能。這將非常有助于延長電動汽車的續(xù)航里程并削減電池體積和成本。作為碳化硅元器件的領軍企業(yè)之一，羅姆一直致力于先進產品的開發(fā)，早在 2010 年便于業(yè)界首次量產 SiC MOSFET。在車載領域，羅姆于 2012 年推出了支持 AEC-Q101 認證的車載品，并在車載充電器（OBC）領域擁有很高的市場份額。此外，羅姆碳化硅產品還應用于車載 DC/DC 轉換器等領域。2020 年 6 月，羅姆發(fā)布了業(yè)界先進的第 4 代低導通阻抗 SiC MOSFET。此產品非常適用于包括主機逆變器在內的車載動力總成系統(tǒng)和工業(yè)設備的電源。與以往產品相比，在不犧牲短路耐受時間的前提下，成功實現(xiàn)業(yè)界較高水平的低導通電阻。比如在用于車載主驅逆變器時，與使用 IGBT 時相比，效率可以得到顯著提升，主要體現(xiàn)在逆變器的高扭矩和低轉速范圍，從而可使電耗減少 6%（按國際標準“WLTC 燃料消耗量測試”計算）。

羅姆一直在大力推動業(yè)內先進的碳化硅元器件和各種具有優(yōu)勢的硅元器件的開發(fā)與量產，同時，一直致力于在中等耐壓范圍具有出色的高頻工作性能的氮化鎵器件的開發(fā)，旨在為各種應用提供更廣泛的電源解決方案。并且，羅姆將有助于節(jié)能和小型化的氮化鎵器件產品陣容命名為“EcoGaN”，并一直致力于進一步提高器件的性能。今后，羅姆將繼續(xù)開發(fā)融入了“Nano Pulse Control?”等模擬電源技術的控制 IC 及其模塊，通過提供能夠更大程度地發(fā)揮氮化鎵器件性能的電源解決方 案，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展社會貢獻力量。

在羅姆，SiC 業(yè)務從 SiC 襯底、外延、晶圓到封裝都構建了公司內部“一條龍”的生產體制，不僅是器件開發(fā)，還致力于晶圓的大口徑化，以及通過投入最新設備來提高生產效率；以性能、品質、穩(wěn)定供給來實現(xiàn)與友商的差別化。

(注：本文轉載自《電子產品世界》2022年7月期)