關(guān)于SiC和GaN的一些技術(shù)比較

電動(dòng)車與再生能源越來(lái)越受到重視，也為聚焦于中功率、高功率的碳化硅（SiC）創(chuàng)造大量需求。然而，當(dāng)碳化硅乘著節(jié)能減碳的浪潮，一躍成為功率電子的當(dāng)紅炸子雞之際，在中、低功率應(yīng)用具備優(yōu)勢(shì)的氮化鎵（GaN）也緊追在后。研究機(jī)構(gòu)預(yù)期，碳化硅與氮化鎵將自2020年起，在中功率市場(chǎng)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

臺(tái)達(dá)電技術(shù)長(zhǎng)暨總經(jīng)理張育銘表示，以前電力電子的廠商其實(shí)不多，不過近期隨著碳化硅、氮化鎵的半導(dǎo)體元件越來(lái)越多，這部分的市場(chǎng)是值得期待的。另外，若以功率設(shè)備來(lái)看，傳統(tǒng)的火力發(fā)電、核能發(fā)電所用的電力電子比較少，不過新興再生能源就不同了，風(fēng)力電發(fā)電中的電力轉(zhuǎn)換器扮演相當(dāng)重要的角色，而太陽(yáng)能發(fā)電的光伏逆變器（PV Inverter），所占比重也很重。

談到目前碳化硅晶圓的市場(chǎng)情形，Epiworld總經(jīng)理馮淦表示，現(xiàn)今應(yīng)用最為廣泛的是4吋晶圓，而6吋的市場(chǎng)需求量也越來(lái)越高，不過從4吋到6吋的轉(zhuǎn)變并沒有預(yù)期的快，雖然6吋的價(jià)格成本更有優(yōu)勢(shì)，但主要問題在于6吋碳化硅的外延材料品質(zhì)，還無(wú)法達(dá)到一定水準(zhǔn)。他認(rèn)為，在2～3年內(nèi)，4吋的商機(jī)仍是可期的。

在車用功率半導(dǎo)體導(dǎo)入碳化硅方面，豐田專案總經(jīng)理濱田公守表示，為達(dá)成「豐田環(huán)境挑戰(zhàn)2050」的目標(biāo)，豐田積極發(fā)展下世代車用功率半導(dǎo)體。近年來(lái)豐田開始嘗試在電動(dòng)車中導(dǎo)入碳化硅MOSFET、碳化硅JBS二極體，并于2015年2月開始進(jìn)行實(shí)車路測(cè)。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，碳化硅元件可改善能源效率的關(guān)鍵技術(shù)，其表現(xiàn)明顯勝過于硅元件。

濱田進(jìn)一步分析，采用碳化硅的電源控制系統(tǒng)中具備更高頻率的控制，且功率模組、線圈、電容器的尺寸也明顯縮小。不過同時(shí)他也表示，未來(lái)并不排除采用氮化鎵作為提升燃料效率的功率半導(dǎo)體。

Yole Developpement功率電子暨化合物半導(dǎo)體事業(yè)單位經(jīng)理Pierric Gueguen認(rèn)為，碳化硅主要適用于600V以上的高功率應(yīng)用，氮化鎵則適用于200～600V中功率應(yīng)用。不過根據(jù)Yole的預(yù)測(cè)，到了2020年，氮化鎵將進(jìn)一步往600～900V發(fā)展，屆時(shí)勢(shì)必會(huì)開始與碳化硅產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

由于氮化鎵鎖定中低功率應(yīng)用，其應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模要大于中高功率，因此Yole預(yù)估，氮化鎵元件2015年～2021年的成長(zhǎng)率將達(dá)83%，其中電源供應(yīng)器（Power Supply）將占相當(dāng)大的一部份，近六成左右，而碳化硅同期的成長(zhǎng)則相對(duì)緩慢，成長(zhǎng)率約在21%左右。

關(guān)于SiC和GaN的一些技術(shù)比較

相較于SiC已發(fā)展十多年了，GaN功率元件是個(gè)后進(jìn)者，它是一種擁有類似于SiC性能優(yōu)勢(shì)的寬能隙材料，但擁有更大的成本控制潛力，尤其是高功率的硅基GaN由于具有更大輸出功率與更快作業(yè)頻率，已被看好可取代硅元件成為下一世代的功率元件。近年來(lái)全球?qū)τ诙际谢A(chǔ)建設(shè)、新能源、節(jié)能環(huán)保等方面的政策支持，擴(kuò)大對(duì)于SiC/GaN等高性能功率元件的需求，將進(jìn)一步促進(jìn)SiC/GaN功率元件的發(fā)展。

根據(jù)IHS IMS Research的報(bào)告顯示，在未來(lái)十年，受到電源、太陽(yáng)光電（PV）逆變器以及工業(yè)馬達(dá)的需求驅(qū)動(dòng)，新興的SiC和GaN功率半導(dǎo)體市場(chǎng)將以18%的速度穩(wěn)步成長(zhǎng)，預(yù)計(jì)在2022年以前，SiC和GaN功率元件的全球銷售額將從2012年的1.43億美元大幅增加到28億美元。