功率半導體的革命：SiC與GaN的共舞（二）

GaN和SiC將區分使用

　　2015年，市場(chǎng)上或許就可以穩定采購到功率元件用6英寸SiC基板。并且，屆時(shí)GaN類(lèi)功率元件除了硅基板之外，還有望使用GaN基板。也就是說(shuō)，2015年前后，SiC制功率元件與GaN類(lèi)功率元件就均可輕松制造了。

　　在對大幅減少電力轉換器中的電力損失以及縮小電力轉換器尺寸有強烈要求的用途方面，估計會(huì )采用SiC及GaN。兩種元件最初將根據使用終端的電力容量及開(kāi)關(guān)頻率區分使用。

　　GaN將主要用于中低容量用途，SiC將主要用于大容量用途。而且，由于GaN制功率元件更適合高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作，因此要求更高開(kāi)關(guān)頻率的用途估計會(huì )采用GaN。

　　SiC功率元件有望降低成本，SBD或將降至硅二極管的兩倍

　　與硅制功率半導體元件相比，SiC制功率元件的電力損失小，可以高速開(kāi)關(guān)，而且耐熱性高等，性能更加出色。SiC制肖特基二極管（SBD）于2001年投產(chǎn)，SiC制MOSFET于2010年投產(chǎn)，其中SiC制SBD已被配備于空調及鐵路車(chē)輛用逆變器等，SiC制功率元件的采用正在逐步擴大。

　　新日本制鐵開(kāi)發(fā)的6英寸SiC基板

　　但SiC制功率元件要進(jìn)一步普及到混合動(dòng)力車(chē)及電動(dòng)汽車(chē)等電動(dòng)車(chē)輛、工業(yè)設備以及白色家電的電源電路等領(lǐng)域，價(jià)格及性能方面還存在課題。SBD仍十分昂貴，SiC制MOSFET不僅價(jià)格高，而且沒(méi)有完全發(fā)揮出SiC的出色材料特性。不過(guò)，有助于解決這些問(wèn)題的研究成果接連問(wèn)世（表1）。

　　6英寸基板將于2012年面世

　　對降低SiC制功率元件的成本十分重要的是，制造元件時(shí)使用的基板的大小?；宓目趶皆酱?，功率元件的生產(chǎn)效率越高，也就越有利于降低成本。

　　目前已產(chǎn)品化的功率元件用SiC基板的最大口徑是4英寸，估計6英寸產(chǎn)品最早將會(huì )在2012年內面世。除了SiC基板份額居首的美國科銳之外，新日本制鐵也宣布將在2012年開(kāi)始樣品供貨SiC基板。2015年以后，估計會(huì )有多家企業(yè)提供基板，而且結晶缺陷更少。

　　與3英寸擴大至4英寸相比，口徑擴大至6英寸對降低成本起到的作用更大。其原因是，目前硅制功率元件都使用口徑為6～8英寸的硅基板制造，6英寸SiC基板面世后，更加便于在生產(chǎn)SiC制功率元件時(shí)沿用現有裝置。

　　據法國調查公司Yole Developpement介紹，采用4英寸基板的SBD價(jià)格為每安培輸出電流約16美分。采用6英寸基板之后，有望降至每安培10美分以下。

　　目前，用于電源電路用途的硅制二極管方面，“耐壓600V、輸出電流為5A的產(chǎn)品為25日元左右”（功率半導體技術(shù)人員）。也就是說(shuō)，如果6英寸基板能夠穩定供應，SiC制SBD的價(jià)格將降至硅制二極管的1.5～2倍左右。如果能夠實(shí)現這樣的價(jià)格，估計SiC制SBD將會(huì )“迅速普及”（該技術(shù)人員）注1）。

　　注1） 6英寸基板面世后，便于生產(chǎn)電動(dòng)車(chē)輛所需要的、每個(gè)芯片