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功率化合物半导体战争打响

智慧产品圈  · 公众号  ·  · 2020-03-04 07:28

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一家名叫“EPC”(高效功率转换)的GaN功率半导体供应商正在对功率MOSFET进行所谓的“正面攻击”。 GaN正在各种系统中取得进展。


设备供应商看到化合物半导体工厂的需求在上升。

Yole称,预计到2024年,电力器件市场总额将从2018年的175亿美元增长到210亿美元以上。 其中,根据Yole的数据,SiC器件市场将从2018年的4.2亿美元增长到2019年的5.64亿美元。 据该公司称,2018年,GaN器件市场不到1000万美元。


硅走到尽头了吗?


根据北卡罗来纳州立大学的数据,全世界每小时总共发电120亿千瓦。 据该校称,全球80%以上的电力通过电力电子系统传输。

电力电子技术利用各种器件来控制和转换系统中的电力,如汽车、电机驱动、电源、太阳能和风力涡轮机。

通常情况下,系统在转换过程中会浪费能量。 在一个例子中,根据NC State的数据,一年内销售的台式机所消耗的电力相当于一座17500MW的发电厂。

因此,该行业需要更高效的器件,如功率器件和其他芯片。 每一个半导体功率电路都用一个带有“V”或电压的数字来表示。 EVC的首席执行官Alex Lidow解释说: “VDS中的‘V’是最大允许的工作电压或漏极源电压规格。 术语‘DSS’是指栅极短路时的源和漏。

尽管如此,仍有几种功率半导体可供选择。 在硅方面,包括功率MOSFET、超级结功率MOSFET和IGBT。

功率MOSFET被认为是最便宜和最受欢迎的器件,用于适配器、电源和其他产品中。 它们用于10到500伏的低电压应用。

超级结功率MOSFET是一种增强型MOSFET,用于500-900伏系统。 同时,领先的功率半导体器件是IGBT,用于1200伏到6.6千伏的应用。

MOSFET在较低电压段与GaN器件竞争,而IGBT和SiC则在较高电压段竞争。 但它们在600到900伏的电压范围内都有竞争。

无论如何,在可预见的未来,IGBT和功率MOSFET仍将是主流技术。 “硅是一种非常成熟的技术,在许多方面导致了更好的成本地位,包括从供应链和内部生产工艺到客户的现有设计和工艺。 ”英飞凌的资深合伙人Gerald Deboy说。 “这就是为什么在许多应用中,硅基功率开关将作为首选技术持续多年的原因。

然而,硅基器件有几个局限性,比如高导通损耗和低开关频率。 传导损耗是由于器件中的电阻引起的。

这就是为什么OEMs对GaN和SiC两种宽禁带技术感兴趣的原因。 硅的禁带为1.1ev。 相比之下,SiC的禁带为3.3ev,GaN的禁带为3.4ev。

“GaN和SiC是宽禁带材料,这意味着晶体中原子的键能更高,”UMC公司营销副总裁Steven Liu说。 “与硅基器件相比,SiC和GaN具有更高的效率和更小的形状因子特性,是功率半导体市场上有前途的器件。 在相同的电压和电流处理能力下,这些器件的尺寸可以小得多。

GaN和SiC功率半导体已经上市一段时间了,但它们仍然很昂贵。 “制造成本是市场增长的主要障碍,因为今天两家公司都主要使用6英寸及以下的晶圆进行生产。 一旦成本能够提高到一定的门槛,市场规模就可能爆发式增长,”Liu说。

不过,英飞凌称,所有的功率半导体都会有一席之地。 英飞凌是一家有独特视角的公司,因为它既出售IGBT,MOSFET,也出售GaN和SiC。

“选择宽禁带器件而不是传统硅的标准取决于平衡系统成本和特定应用的性能要求,”英飞凌的Deboy说。






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