
英飛凌是全球首個碳化硅分立電源供應商。碳化硅材料與硅材料的特性差異限制了100V-150V實際硅單極二極管(肖特基二極管)的制造,導通電阻和漏電流相對較高。在碳化硅材料中,肖特基二極管可以達到更高的擊穿電壓。英飛凌碳化硅產品系列覆蓋 600V 和 650V 到 1200V 的肖特基二極管。
CoolSiC? MOSFET是首款產品面向光伏逆變器、電池充電設備及儲能裝置。英飛凌目前提供最大1200伏的CoolSiC? 碳化硅(SiC) MOSFET。SiC MOSFET優勢包括1200V級開關中最低的門極電荷和器件電容電平、反并聯二極管無反向恢復損耗、低切換損耗不受溫度影響以及無閾值導通特性。
CoolSiC? 混合模塊目前覆蓋650V、1200V。基于 CoolSiC? 的模塊(包括采用半橋的碳化硅晶體管)完善了電源設計的選項。除提供更高的開關頻率外,由于碳化硅JFET具有雙向導通能力,所以該模塊具有很高的靈活性。因此,它可以用作升壓/降壓、雙向轉換器或逆變器的一部分。無論應用程序的功率如何,因給凌的電源模塊碳化硅產品系列都可以實現更高效的設計,可以覆蓋從類似 EasyPACK? 1B/2B 的封裝到類似 PrimePACK?的更大封裝。
英飛凌全力研發推出CoolSiC?半導體解決方案,將為以下幾大重點應用領域帶來全新突破:
光伏:更高效的利用能源,使轉化效率提高至99%以上
電動車充電:提高功率密度、減輕重量、縮小體積,30分鐘完成充電,續航達500公里
電機領域:SiC MOSFET可以降低損耗及噪音,有望減少55%的逆變器體積及重量
電源應用:提高功率密度和效率,提升性能及可靠性
意法半導體(ST)
意法半導體從1996年開始從事碳化硅技術研發。并于2004年開始生產其首款SiC二極管。2009年,意法半導體的第一款 SiC MOSFET投產,此后又增加了1200V的SiC MOSFET和功率肖特基二極管,以完善原來的650V產品組合。
意法半導體的碳化硅二極管產品系列電壓范圍從600到1200 V,包括單、雙二極管。它們有多種封裝,從DPAK到TO-247以及絕緣的TO-220AB/AC,為設計者們提供了極大的靈活性,具有高效、穩定和快速投放市場等優勢。相比于硅,碳化硅有優越的物理屬性,SiC肖特基整流器具有好于4倍的動態特性和降低15%的前向電壓(VF)。意法半導體的SiC二極管顯示了顯著的功耗降低,通常用于硬開關應用,如高端服務器和電信供電,它還能用于太陽能逆變器、電機驅動器和無中斷供電(UPS)。ST 的汽車級650 V SiC二極管–具有AEC-Q101認證和PPAP能力–具有市場上最低的前向壓降(VF),在電動車輛(EV)應用中具有最優的效率。
650 V至1700 V碳化硅MOSFET具有行業內最高的溫度額定值200℃,即使在高溫條件下,其RDS(on)的變化也非常小。采用先進的封裝,具有很寬的擊穿電壓范圍(-100 ~ 1700 V)、低柵極電荷和低導通電阻。總功率損耗顯著降低,令系統更有效、更小、更輕。即使在高溫時,它們也具有每區域超低的導通狀態電阻,與最佳的硅技術相比,它們有卓越的開關性能,隨溫度變化最小。
科銳(Cree)
Wolfspeed是SiC肖特基二極管、金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)分立元件以及模塊的先驅公司,提供從900V到1700V的全系列SiC產品。不同于其它制造商(如羅姆)采用溝槽結構實現1200V產品和采用平面結構實現1700V產品,Wolfspeed則采用平面結構實現所有電壓的產品。而且,Cree能夠實現獨特的三重(triple implantation)注入工藝和硅化物源極觸點,以提高接觸電阻。
作為SiC市場的領頭羊,并且作為第一家能生產75mm,100mm和現在的150mm SiC晶圓的企業,Wolfspeed(科銳)提供了絕大部分正在使用的SiC晶圓,在業內地位超絕。科銳旗下電源和RF部門Wolfspeed同羅姆一樣,垂直整合了從襯底到模組的SiC功率半導體。 Wolfspeed擁有最廣泛的SiC肖特基二極管產品組合,擁有超過6萬億小時的工作時間,最低的FIT率,以及30多年的碳化硅經驗,以及最快的交付時間。二極管采用MPS(Merged PiN Schottky)設計,比標準肖特基勢壘二極管更堅固可靠。將Wolfspeed SiC二極管與SiC MOSFET配對可以在一起購買時實現更高效率和更低元件價格的強大組合。
Wolfspeed MOSFET可實現更高的開關頻率,并減小電感器、電容器、濾波器和變壓器等元件的尺寸。SiC MOSFET替代硅器件具有更高的阻斷電壓(> 1700V),額定電流> 1800V的雪崩以及更低的開關和傳導損耗。應用在太陽能、電動車充電、電機驅動、工業電源、IT電源、運輸等領域
Wolfspeed是一家完全集成的材料供應商,擁有最大和最多樣化的產品組合。N型—SiC襯底產品,晶圓直徑可達150mm;高壓安注—半絕緣SiC襯底產品,晶圓直徑可達150mm;在SiC襯底上生產N型和P型SiC外延層,并且具有從亞微米到>200μm的最寬可用層厚度;在SiC襯底上產生氮化物外延——GaN,AlxGa1-xN和Al1-y InyN外延層。Wolfspeed的材料使設備能夠為可再生能源,基站和電信,牽引,工業電機控制,電源管理和汽車應用提供動力。
總結
如今隨著技術的進步,SiC功率器件尺寸已從4英寸升級到6英寸,甚至8英寸,產業化水平不斷提高的同時,成本也在迅速下降。Yole公司預測,到2020年碳化硅器件的市場規模達到35億元人民幣,并以超過40 %的復合年均增長率繼續快速增長。預計到2025年,全球碳化硅功率器件市場規模將超過150億元人民幣,到2030年,全球碳化硅功率器件市場規模將超過500億元人民幣。國內碳化硅器件的市場約占國際市場的40 %~50 %。
未來SiC功率器件的應用領域也將逐漸擴大,不僅在國防、航空、航天、石油勘探、光存儲等領域有著重要應用前景,在寬帶通訊、太陽能、汽車制造、半導體照明、智能電網、軌道交通、電動汽車、新能源并網、通訊電源等領域也將大顯身手。相信隨著越來越多廠商的入局,SiC功率器件的技術會更加完善,這一系列的發展也將對解決節能環保問題,造福人類社會具有里程碑式的意義。
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