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罗姆:SiC的未来一片大好

2019-07-13来源: 半导体行业观察关键字:SiC  罗姆

与第二代半导体材料硅相比,以SiC为代表的第三代半导体材料凭借其拥有宽禁带、高热导率以及更快的电子饱和速度的特点,可以在更高的温度下进行工作、更易冷却并且能够满足现代元件对更高频率的需求。基于以上优势,使得SiC成为了电力电子领域最具潜力的材料。


SiC功率器件市场趋势


此前,据相关数据显示,SiC的电力电子器件市场在2016年正式形成,市场规模约在2.1亿~2.4亿美金之间。据Yole预测,SiC市场规模在2021年将上涨到5.5亿美金,这期间的复合年均增长率预计将达19%。


这种增长预期也取决于终端产品对SiC的需求。就目前市场而言,SiC在高功率产品上优势较为突出。因此,在现阶段中,光伏储能、数据中心服务器UPS以及xEV是促进SiC相关产品的发展动力。除此之外,伴随着铁路和风电产业的升级,未来这两块市场也将拓展SiC相关产品的发展空间。


SiC功率元件的优势


在众多SiC产品类型中,SiC—SBD和SiC—MOSEFT是被广大厂商看好的产品。


具体来看,由于存在肖特基势垒,SBD具有较低的结势垒高度。因此,SBD具有低正向电压的优势。SiC-SBD的出现将SBD的应用范围从250 V提高到了1200 V。


 

对比来看,SiC-SBD的初始电压与Si-FRD相同。将SiC器件与Si器件相比,SiC-SBD的恢复过程几乎不受电流、温度的影响。这是因为,Si-FRD从顺向切换至逆向的瞬间通过大量的暂态电流,这个期间因为处于逆偏压状态,发生极大的损耗。而SiC-SBD因为不使用少数载子于电气传导之多数载子元件(FET),理论上不发生少数载子的累积。仅产生接合面电容放电的小电流,较Si质FRD可大幅削减损耗。由于此暂态电流几乎不受温度与顺向电流影响,不论任何环境也能实现稳定的高速回复。



除了SiC-SBD,SiC—MOSEFT也是被各大企业看好的元件。SiC由于漂移层的电阻比Si元件低,可用MOSFET以兼顾高耐压与低电阻。在原理上,MOSFET不会产生尾电流,可取代IGBT时,可实现开关损耗的大幅削减与冷却器的小型化。SiC-MOSFET如IGBT一样无初始电压,可在小电流到大电流的广泛电流领域达成低导通损耗,容易进行热设计、即使高温也能实现低导通电阻。


据麦姆斯咨询消息显示,ROHM是SiC-MOSFET分立器件和模组领域第二大公司,可提供650V到1700V的范围内各种产品。针对此类产品,ROHM已经将其技术提升至第三代沟槽型设计。据悉,其第三代双沟槽设计,包括栅极沟槽和源极沟槽这种设计相对于平面碳化硅器件,将导通电阻(导通电阻)减小了近一半;并且相对于具有相同电压的硅基IGBT,电流密度增加了近五倍。



众所周知,SiC功率元件可以达到超越Si功率元件的高耐压、低ON阻抗、高速动作,亦可在更高温下工作。但成本还是比硅产品高,因此,现阶段只能从要求高性能、且对价格不是很敏感的应用开始来取代硅产品,例如汽车、汽车充电桩、太阳能等。


罗姆碳化硅器件发展规划


结合SiC功率器件的优势以及目前面临的挑战,ROHM自2000年开始就投入到了SiC产品的开发中。从2000年到2017年,近20年的时间里,ROHM所生产的SiC晶圆也从2英寸逐渐发展到了可量产6英寸产品(SiC-SBD)。与其他SiC厂商相比,ROHM的最大优势在于是一条龙的生产体制。ROHM认为,新产品的竞争在于技术间的竞争与新能源材料的竞争。于是,在升级技术外,ROHM在2009年收购了德国SiCrystal公司来提供SiC材料,从而完善了它的一条龙生产模式。据悉,ROHM在德国完成晶圆,然后在日本的福冈、京都做芯片的封装和SiC模组。 


期间,2012年,ROHM还将其SiC产品拓展到了车载市场。据介绍,在车载市场中,SiC产品已经在车载充电器和降压转换器中得以广泛应用。除此之外,汽车逆变器也将由IGBT+Si-FRD的模式逐渐转变为SiC产品。未来,无线充电和用于快速充电的大功率DCDC也将使用SiC产品。



为了满足新兴领域对SiC产品的需求,ROHM计划将扩增SiC电源控制芯片产能,将在旗下生产子公司ROHM Apollo的筑后工厂(福冈县)内兴建新厂房,预计于2019年4月动工、2021年投入使用。


关键字:SiC  罗姆

编辑:muyan 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/manufacture/ic467723.html
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