本文轉(zhuǎn)自電子工程專輯
作者：邵樂峰
作為新材料的SiC與傳統(tǒng)硅材料相比，從物理特性來看，電子遷移率相差不大，但其介電擊穿場強、電子飽和速度、能帶隙和熱導率分別是硅材料的10倍、2倍、3倍和3倍。
這意味著基于SiC材料的功率半導體具有高耐壓、低導通電阻、寄生參數(shù)小等優(yōu)異特性，當應(yīng)用于開關(guān)電源領(lǐng)域中時，具有損耗小、工作頻率高、散熱性等優(yōu)點，可以大大提升開關(guān)電源的效率、功率密度和可靠性，也更容易滿足器件輕薄短小的要求。
Si、SiC和GaN關(guān)鍵參數(shù)對比
Omdia《2020年SiC和GaN功率半導體報告》顯示，得益于混合動力和電動汽車、電源和光伏(PV)逆變器的需求，新興的碳化硅和氮化鎵功率半導體市場的銷售收入預(yù)計將從2018年的5.71億美元增至2020年底的8.54億美元，并在2021年突破10億美元大關(guān)。未來十年內(nèi)，該市場的規(guī)模將以年均兩位數(shù)的增長率，并一路攀升至2029年的50億美元。
GaN和SiC功率半導體的全球市場收入預(yù)測（百萬美元）
SiC器件領(lǐng)域玩家眾多，作為一家相對較新的SiC器件供應(yīng)商，安森美半導體于2017年進入該市場，技術(shù)來自2016年末收購的飛兆(Fairchild)半導體。
安森美半導體電源方案部產(chǎn)品市場經(jīng)理王利民日前在接受《電子工程專輯》采訪時表示，電動汽車、電動汽車充電樁、可再生能源、和電源將是公司SiC戰(zhàn)略重點關(guān)注的四大市場。
安森美半導體電源方案部產(chǎn)品市場經(jīng)理王利民
電動汽車(EV)/混動汽車(HEV)
其實，SiC最初的應(yīng)用場景主要集中在光伏儲能逆變器、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器UPS電源和智能電網(wǎng)充電站等需要轉(zhuǎn)換效率較高的領(lǐng)域。
但人們很快發(fā)現(xiàn)，碳化硅的電氣(更低阻抗/更高頻率)、機械(更小尺寸)和熱性質(zhì)(更高溫度的運行)也非常適合制造很多大功率汽車電子器件。
根據(jù)Yole在《功率碳化硅(SiC)：材料、器件及應(yīng)用-2019版》報告中的預(yù)計，到2024年，碳化硅功率半導體市場規(guī)模將增長至20億美元，2018-2024年期間的復(fù)合年增長率將高達29%。
其中，汽車市場無疑是最重要的驅(qū)動因素，其碳化硅功率半導體市場份額到2024年預(yù)計將達到50%。
“EV是未來幾年SiC的主要驅(qū)動力，約占SiC總體市場容量的60%，因為SiC每年可增加多達750美元的電池續(xù)航力，目前幾乎所有做主驅(qū)逆變器的廠家都將SiC作為主攻方向。”王利民說除了主驅(qū)市場外，在車載充電器(OBC)/非車載充電樁和電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(車載DC/DC)領(lǐng)域中，受到全球多國利好政策，
例如美國加利福尼亞州已簽署行政命令，到2030年實現(xiàn)500萬輛電動汽車上路的目標；2019年歐洲的電動汽車銷量增長67%；電動汽車在中國各大一線城市可以零費用上牌等的影響，絕大部分廠家正在將SiC作為高效、高壓和高頻的功率器件使用，市場需求急速攀升。
5G電源和開關(guān)電源
電源是碳化硅器件最傳統(tǒng)，也是目前市場份額相對較大的應(yīng)用市場。從最早通信電源的金標、銀標、到現(xiàn)在的5G通信電源、數(shù)據(jù)中心電源，都對功率密度和高能效提出了非常高的要求，而碳化硅器件由于沒有反向恢復(fù)，電源能效通常能夠達到98%，受到追捧并不令人感到意外。
電動汽車充電器/樁
現(xiàn)有充電樁多數(shù)為1級/2級，但消費者要求等效于在加油站加滿油(直流充電)，這就需要更高的充電功率和充電效率，因此隨著功率和速度的提高，對SiC MOSFET的需求越來越強。
太陽能逆變器
無論是歐盟20-20-20目標(到2020年，能效提高20%，二氧化碳排放量降低20%，可再生能源要達到20%)，還是NEA設(shè)定了清潔能源目標，到2030年要滿足中國20%的能源需求，以太陽能為代表的清潔能源始在各國能源計劃中終占據(jù)重要地位。
而在目前的太陽能逆變器領(lǐng)域中，碳化硅二極管的使用量也非常巨大，安裝量持續(xù)增長，主要用于替換原來的三電平逆變器復(fù)雜控制電路。
王利民認為，目前SiC行業(yè)廠商提供的產(chǎn)品或服務(wù)大致相同，因此，各大廠家主要還是依靠差異化競爭策略。
而安森美半導體的競爭優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在領(lǐng)先的可靠性、高性價比、能夠提供從單管到模塊的完整產(chǎn)品線、所有產(chǎn)品都符合車規(guī)級標準等方面。
例如在H3TRB測試(高溫度/濕度/高偏置電壓)中，安森美半導體的SiC二極管可以通過1000小時的可靠性測試，實際測試中則會延長到2000小時；1200V 15A的碳化硅二極管在毫秒級有10倍過濾，在微秒級有50倍過濾。
此外，為了實現(xiàn)高性價比，安森美半導體的做法：
一是通過設(shè)計、技術(shù)進步來降低成本；
二是通過領(lǐng)先的6英寸晶圓的制造工藝與良率來實現(xiàn)好的成本；
三是通過不斷地擴大生產(chǎn)規(guī)模以降低成本。
“整個SiC市場會一直呈現(xiàn)分立器件和模塊兩者共存的局面，但模塊絕對是SiC器件的一個重要發(fā)展方向。”王利民表示，電動汽車領(lǐng)域SiC MOSFET或二極管市場確實是以模塊為主，之所以叫模塊是因為用戶會將SiC分立器件的成品封裝到模塊之中，所以它既是模塊，也是一個單管的分立器件成品。
目前來看，模塊化設(shè)計主要集中在較大型功率器件上，比如幾十千瓦或幾百千瓦級別的車載逆變器，但電動汽車的OBC和DC-DC設(shè)計卻都以單管為主，因此在汽車領(lǐng)域，可以認為一大半的趨勢是模塊，一小半是單管。
而在非汽車領(lǐng)域，諸如太陽能逆變器、5G及通信電源、電動汽車充電樁，市場上還沒有客戶采用模塊化的方案，基本都是單管方案。按照數(shù)量，市場是以單管為主；按照金額，或許更多市場將會是模塊方向。
晶圓短缺一直以來被認為是制約碳化硅市場發(fā)展的重要原因之一，與其它仍采用4英寸SiC晶圓的廠商不同，
安森美半導體從入局開始就選擇了6英寸晶圓，并已簽署兩個長期供應(yīng)協(xié)議(LTSA)，不斷評估新的基板制造商并在內(nèi)部開發(fā)基板，確保晶圓供應(yīng)。
王利民強調(diào)說，SiC材料相當堅硬，機械上很難處理纖細的大尺寸晶圓，所以SiC不像硅材料般容易做到超大尺寸。8英寸大小的SiC晶圓仍然是太過超前的技術(shù)概念，目前幾乎所有廠商都無法處理超薄的超大晶圓，進而進行批量生產(chǎn)。
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