寬能隙 氮化鎵 GaN 碳化矽 SiC MOSFET HEMT 功率密度

寬能隙功率元件GaN/SiC大有可為 Infineon布局不落人後

2021-08-30
半導體的應用越來越廣泛,隨著許多領域陸續電氣化,尤其5G、雲端運算、物聯網、電動車等趨勢,而為了提升效率與擴大應用規模,耐高電壓、更低導通電阻與更快切換速度的寬能隙半導體氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)迅速崛起,Infineon長期投入功率元件的開發,自然在當紅的第三代半導體擁有完整布局。

高功率電源的應用主要在AC/DC的部分,英飛凌電源與感測系統事業部大中華區協理陳志星表示,過去主流為800瓦,並演進到1600瓦,最近更提升至2000瓦以上。除了功率的提升之外,近年針對電源供應的設計還有許多要求,因此Infineon也特別重視,可降低BOM成本的高效率設計、高功率密度、保持產品高可靠性、縮短產品上市時程、在競爭中保持創新等。

英飛凌的碳化矽二極體(Diodes)在2001年即推出,再將該材料發展成MOSFET寬能隙半導體產品從2017~2018年正式推出,CoolSiC(SiC MOSFET)和CoolGaN(GaN HEMT)提供高能源效率和密度以及耐熱性能,陳志星提到,其SiC與GaN元件具備低切換損耗以及低導通損耗,可協助客戶縮小電源體積,提高功率密度以及效率。

比較矽、氮化鎵與碳化矽三種材質,陳志星認為,Si相對傳統且成熟,最大的優勢就是產品系列非常齊全、非常多,同時產品性價比也是最高的;而在效率與功率密度部分,GaN的表現相對突出;而SiC則是在易用性與穩定性部分勝出,比如SiC的溫升反應是最低的,所以不同材質的特性可以提供客戶符合不同的需求。

在應用部分,陳志星說,矽功率元件因為發展時間較久,應用領域最廣,從2.5V~1.7kV都涵蓋;SiC則是專注在高壓的應用,650V~3.3kV這個範圍,如太陽能與電動車領域;GaN的部分因為其頻率可以提到很大,所以功率密度是最好的,應用範圍在80~650V間,在效率部分,可以縮小產品尺寸,近年看到熱門應用是手機快充,因為它是攜帶式的,市場接受度很高。

過去幾年半導體供需失衡造成的缺貨時有所聞,所以Infineon對於功率元件的產能布局也相當重視,陳志星解釋,包括Cree與日本昭和電工都簽有正式的供貨合約,另外也與多家材料供應商合作,確保供貨的穩定性。而矽元件已經逐步使用12吋晶圓,並把原先空出來的6/8吋產能,提供SiC與GaN的生產。

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