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　　SiC和GaN被稱為“寬帶隙半導體”(WBG)，因為將這些材料的電子從價帶炸毀到導帶所需的能量：而在硅的情況下，該能量為1.1eV，SiC（碳化硅）為3.3eV，GaN（氮化鎵）為3.4eV。這導致了更高的適用擊穿電壓，在某些應用中可以達到1200-1700V。

　　寬禁帶半導體的優(yōu)點

　　極低的內(nèi)阻，與硅等效器件相比，效率提高高達70%

　　低電阻提高了熱性能（隨著最高工作溫度的提高）和散熱，以及可獲得的功率密度

　　與硅同等產(chǎn)品相比，散熱優(yōu)化允許使用更簡單的封裝、顯著減小尺寸和減輕重量

　　非常短的關斷時間（在GaN的情況下接近于零）允許使用非常高的開關頻率以及達到的較低溫度

　　經(jīng)典電力電子器件中使用的所有類型的器件都可以用寬帶隙半導體器件制成。此外，經(jīng)典的硅器件在許多應用領域已經(jīng)達到了極限。鑒于這些前提，很明顯，寬帶隙半導體技術是電力電子未來的基礎，并為各個應用領域的新可能性奠定了基礎。

　　氮化鎵與碳化硅

　　每種類型的器件（無論是硅器件還是新型寬帶隙）根據(jù)應用類型所需的功率和頻率性能都有其市場份額。

　　盡管在概念層面上有相似之處，但SiC和GaN組件不可互換，而是根據(jù)其運行系統(tǒng)內(nèi)的使用參數(shù)而有所不同。

　　優(yōu)點

　　特別是SiC器件可以承受更高的電壓，高達1200V以上，而GaN器件可以承受更低的電壓和功率密度；另一方面，由于GaN器件的關斷時間幾乎為零（與MOSFET Si的50V/s相比，電子遷移率較高，因此dV/dt大于100V/s），這些器件可用于非常廣泛的領域。高頻應用，具有前所未有的效率和性能。這種理想的正特性可能被證明是不方便的：如果組件的寄生電容不接近于零，則可能會產(chǎn)生數(shù)十安培的電流尖峰，這可能會在電磁兼容性測試階段引起問題。

　　SiC在所使用的封裝上具有更多優(yōu)勢，因為可以采用TO-247和TO-220，從而可以用新型SiC快速替換IGBT和MOSFET，而GaN在SMD封裝（更輕、更輕）方面具有更好的效果。小但歸入新項目）。

　　常見的設計挑戰(zhàn)

　　另一方面，這兩類器件的共同挑戰(zhàn)與柵極驅(qū)動器的設計和構造有關，能夠充分利用組件的特定特性，同時注意寄生組件（必須在設計中將其最小化）。為了避免性能變?nèi)酰┖瓦m用電壓水平（希望與用于驅(qū)動經(jīng)典硅元件的電壓水平相似）。

　　成本差異

　　就成本而言，SiC器件現(xiàn)在更便宜且更受歡迎，這也是因為它們是在GaN之前制造的。然而，不難想象，成本僅部分與生產(chǎn)過程和市場需求相關，這就是市場價格可能趨于平緩的原因。

　　由于GaN襯底的生產(chǎn)成本較高，使用GaN“溝道”的器件采用Si襯底。近幾個月來，瑞典林雪平大學與其子公司SweGaN合作，按照使用SiC襯底和新晶圓生長工藝（稱為變晶異質(zhì)外延，可防止結構缺陷的存在）的想法進行了一些研究，從而獲得與SiC器件相當?shù)淖畲箅妷?，但能夠在Si上GaN的頻率下工作。這項研究還強調(diào)了采用這種機制如何能夠改進熱管理、超過3kV的垂直擊穿電壓，以及與當今的解決方案相比，導通狀態(tài)下的電阻小于一個數(shù)量級。

　　應用領域及市場份額

　　WBG器件的應用領域仍然是一個小眾領域，研發(fā)部門仍然需要更好地了解如何充分發(fā)揮其潛力。最大的新技術市場是二極管市場，但WBG預計將在未來5年內(nèi)涌入晶體管市場。

　　可能的應用已經(jīng)開始被假設，預測顯示電動汽車、電信和消費市場是最有可能的。

　　根據(jù)銷售預測，最賺錢的市場將是涉及電動汽車和自動駕駛汽車的市場，其中寬帶隙將用于逆變器、車載充電設備（OBC）和防碰撞系統(tǒng)（LiDAR），這一點是顯而易見的，考慮到新設備的熱特性和效率與優(yōu)化蓄電池性能的要求相匹配。

　　在電信方面，5G的作用將成為WBG的驅(qū)動力，其將安裝的數(shù)百萬個站點將需要更高的能源效率，并且也將變得更小、更輕，從而顯著提高性能并降低成本。

　　消費市場也將涉及新設備的大量使用。由于移動設備的不斷普及以及快速充電的需求，無線充電和充電設備將受到主要影響。

審核編輯：劉清