什么是SiC和GaN?它有什么作用?SiC和GaN被稱為“寬禁帶半導體”(WBG)，因為將這些材料的電子從價帶擴散到導帶所需的能量為：在硅中，該能量為1.1eV， SiC(碳化硅)為3.3eV，GaN(氮化鎵)為3.4eV。這導致較高的適用擊穿電壓，在某些應用中可以達到1200至1700V。由于使用了生產工藝，WBG設備顯示出以下優勢：

極低的內部電阻，與硅等效器件相比，效率最高可提高70%。低電阻可改善熱性能(隨著最高工作溫度的增加)和散熱，以及可實現的功率密度的優化散熱允許使用更簡單的封裝，與硅等效器件相比，尺寸大大減小，重量更輕;非常短的關斷時間(對于GaN而言接近零)允許使用非常高的開關頻率，同時達到較低的溫度。

WBG設備可以制造經典電力電子設備中使用的所有類型的設備。此外，經典的Si器件已在許多應用領域中達到其極限。在這些前提下，很明顯，WBG技術對于電力電子的未來至關重要，并且為各種應用領域中的新可能性奠定了基礎。

SiC和GaN的區別

根據應用類型所需的功率和頻率性能，硅和新型WBG兩種類型的設備都有其市場份額。

盡管在概念上存在相似之處，但SiC和GaN組件無法相互互換，但會根據其運行系統內的使用參數而有所不同。

特別是，SiC器件可以承受更高的電壓，最高可達1200V甚至更高，而GaN器件可以承受更低的電壓和功率密度。另一方面，由于GaN器件的關斷時間幾乎為零(高電子遷移率，因此dV / dt大于MOSFET Si的50V / s，因此dV / dt大于100V / s)，因此這些器件可以用于高頻應用，具有空前的效率和性能。這種理想的正特性可能會帶來不便：如果組件的寄生電容不接近零，則可能會產生數十安培的電流尖峰，這可能會導致電磁兼容性測試階段出現問題。

SiC在使用的封裝上具有更多優勢，這是因為可以采用TO-247和TO-220，從而可以用新的SiC快速替換IGBT和MOSFET，而GaN可以在SMD封裝中提供更好的結果(重量更輕，小但降級到新項目)。

另一方面，對于兩種類型的器件來說，共同的挑戰與柵極驅動器的設計和構造有關，該驅動器能夠充分利用特定于組件的特性，同時要注意寄生組件(為了避免性能變差，必須將寄生組件最小化)和適用電壓水平(希望與用于驅動傳統硅組件的電壓相似)。

就成本而言，SiC器件現在更便宜，更受歡迎，這也是因為它們是在GaN之前制造的。但是，不難想象，成本僅與生產過程以及市場需求部分相關，這就是為什么市場價格可能趨于平緩的原因。

由于GaN襯底的生產成本較高，因此使用GaN“通道”的設備具有Si襯底。最近幾個月，瑞典林雪平大學與衍生出來的SweGaN合作，進行了一些研究，這些研究遵循了使用SiC襯底和新的晶圓生長工藝(稱為變質異質外延，可防止結構缺陷的存在)的想法 ，從而獲得可與SiC器件相比的最大電壓，但能夠以GaN的頻率在Si上工作。這項研究還強調了采用這種機制如何能夠改善熱量管理，3kV以上的垂直擊穿電壓以及與今天的解決方案相比處于ON狀態的電阻小于一個數量級。

應用程序和市場

WBG設備的應用領域仍然是一個小眾市場，研發人員仍然需要更好地了解如何最大限度地發揮他們的潛力。最大的新技術市場是二極管市場，但WBG預計將在未來5年內淹沒晶體管市場。

目前已經開始假設了可能的應用，預測顯示，電力移動、電信和消費市場是最有可能的。

根據銷售預測，利潤最豐厚的市場將是一個涉及電遷移和自動駕駛車輛,世行集團將用于逆變器、車載充電設備(OBC)和防撞系統(激光雷達)，這是顯而易見的，給定的熱特性和效率與請求相匹配的新設備，優化蓄電池的性能。

在電信方面，5G的作用將成為世界銀行集團的驅動力。世界銀行集團要安裝的數百萬個基站將需要更高的能源效率，它們的體積也會更小、更輕，性能會有顯著提升，成本也會大幅降低。

消費者市場也將大量使用新設備。無線電源和充電設備將主要受到影響，因為移動設備的日益普及和快速充電的需求。

碳化硅和氮化鎵器件

英飛凌已經開發了一系列的碳化硅和氮化硅MOSFET器件及其驅動程序，CoolSiC和CoolGaN系列。值得注意的是FF6MR12W2M1_B11網格模塊,它能夠提供200 1200 v, RDS的只有6 mΩ阻力。該模塊配備了兩個SiC mosfet和一個NTC溫度傳感器，適用于UPS和電機控制應用，考慮到效率和散熱(圖1)。

在Microsemi catalog(現在的微芯片技術)中也有類似的解決方案，使用SP6LI器件族的Phase Leg SiC MOSFET模塊，允許電壓高達1700V，電流大于200A;AlN基片保證了更好的熱管理，兩個SiC肖特基二極管允許增加開關頻率。

Wolfspeed公司生產的CAB450M12XM3半橋式裝置能夠控制高達1200V的電壓和450A的電流，由于使用了第三代mosfet和SiN襯底，所以可以在175°C的連續模式下工作。

當我們看一看GaN世界，很明顯，可用的設備種類是有限的。GanSystem在其產品目錄中提供了GS-065-150-1-D，這是一種利用Island專利技術的晶體管，能夠在超過10MHz的開關頻率下管理高達650V和150A。最后，Transphorm的TP90H050WS FET將在2020年中期見光，它正在使用TO-247封裝的GaN器件上工作，其工作電壓可達900V，上升和下降時間約為10nS(圖2)。以上就是SiC和GaN的解析，希望能給大家幫助。