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用于电动汽车电力电子的碳化硅器件:优势与挑战

国晶微第三代半导体碳化硅SiC 来源:国晶微第三代半导体碳化 2023-09-27 09:48 次阅读

随着对电动汽车(EV)需求的持续增长,制造商正在比较两种半导体威廉希尔官方网站 ,即碳化硅和硅,用于电力电子应用。碳化硅(SiC)具有耐高温、低功耗、刚性,并支持EV电力电子设备所需的更小、更薄的设计。SiC当前应用的示例包括车载DC/DC转换器、非车载直流快速充电器、车载电池充电器、电动汽车动力总成和LED汽车照明。

据《汽车世界》报道,随着电池和电机制造商达到现有威廉希尔官方网站 的物理极限,需要开发更高效的传动系统,SiC威廉希尔官方网站 还可以推动未来的电动汽车创新。在接受半导体工程采访时,Cree首席威廉希尔官方网站 官约翰·帕尔莫(John Palmour)以电动汽车行业,尤其是工程师可以欣赏的方式将碳化硅与硅进行了比较。“你可以用碳化硅制造你真正想要的硅器件,但由于硅的物理特性,在这个电压范围内是不实用的。

带隙的重要性

碳化硅在电动汽车应用和其他电力电子设备中的实用性在很大程度上取决于其宽带隙,宽带隙以电子伏特(eV)为单位测量,并描述了将电子从材料的价带激发到其导带所需的能量。硅(Si)是一种半导体,长期以来一直是集成电路IC)和光伏晶圆的首选材料,其带隙为1.12 eV。砷化镓(GaAs)是一种用于太阳能电池的半导体,其带隙为1.42 eV。相比之下,碳化硅的带隙明显更宽,为3.26 eV。

凭借这种更宽的带隙,碳化硅更适合更高功率的应用和与之相关的更高温度。带隙与击穿电压有关,击穿电压是绝缘体的一部分变得导电的点。硅的击穿电压约为600V,但基于SiC的器件可以承受高达<>倍的电压。由于带隙会随着温度的升高而缩小,因此更宽的带隙材料也可以承受更高的温度。碳化硅的刚性也提供了一个稳定的结构,不会因热而膨胀或收缩。

碳化硅的更宽带隙还支持更快、更高效的开关和更小、更薄的器件。由于碳化硅的电压差或电位差不需要分布在尽可能多的材料上,因此SiC器件的厚度可以小于Si器件厚度的十分之一。这些更快、更薄的解决方案具有更小的阻力,因此更少的能量损失在热量中,从而提高效率。此外,碳化硅更高的导热性允许更有效地传输热量,并且可以减少或消除对散热器的需求。

用于电动汽车电力电子的碳化硅器件:优势与挑战

据报道,Cree估计,去年全球碳化硅器件市场首次超过100亿美元。如今,该公司的SiC解决方案正在为不断增长的电动汽车市场中的各种高压、高温组件提供支持。由于电动汽车的不同系统由不同的电压供电,因此一些硅器件还需要将正确的电压转换并分配给车窗升降机、照明、推进器和暖通空调。与硅器件相比,SiC威廉希尔官方网站 以更高的速度、可靠性和效率支持这些功能。

碳化硅卓越的开关速度也支持开发更快的充电器。板外充电器将输入的交流电转换为直流电,用于电池存储。车载电池充电器将来自电池的直流电转换为交流电,供主驱动电机使用。碳化硅比硅更快地执行这些功能,并且热量和能量损失更少。此外,碳化硅组件的尺寸可以是硅器件的一半(或更小)。随着碳化硅制造商继续减少材料缺陷,碳化硅器件的价格预计将下降,这对未来的电动汽车应用来说是一个优势。

无锡国晶微半导体威廉希尔官方网站 有限公司是宽禁带第三代半导体碳化硅SiC功率器件、氮化镓GaN光电器件以及常规集成电路研发及产业化的高科技创新型企业,从事碳化硅场效应管,碳化硅肖特基二极管、GaN光电光耦继电器、单片机集成电路等产品芯片设计、生产与销售并提供相关产品整体方案设计配套服务,总部位于江苏省无锡市高新威廉希尔官方网站 开发区内,并在杭州、深圳和香港设有研发中心和销售服务支持中心及办事处。

公司具有国内领先的研发实力,专注于为客户提供高效能、低功耗、低阻值、品质稳定的碳化硅高低功率器件及光电集成电路产品,同时提供一站式的应用解决方案和现场威廉希尔官方网站 支持服务,使客户的系统性能优异、灵活可靠,并具有成本竞争力。

公司的碳化硅功率器件涵盖650V/2A-100A,1200V/2A-90A,1700V/5A-80A等系列,产品已经投入批量生产,产品完全可以对标国际品牌同行的先进品质及水平。先后推出全电流电压等级碳化硅肖特基二极管、通过工业级、车规级可靠性测试的碳化硅MOSFET系列产品,性能达到国际先进水平,应用于太阳能逆变电源新能源电动汽车及充电桩智能电网、高频电焊、轨道交通、工业控制特种电源、国防军工等领域。由于其具有高速开关和低导通电阻的特性,即使在高温条件下也能体现优异的电气特性,大幅降低开关损耗,使元器件更小型化及轻量化,效能更高效,提高系统整体可靠性,可使电动汽车在续航里程提升10%,整车重量降低5%左右,并实现设计用充电桩的高温环境下安全、稳定运行。

特别在高低压光耦半导体威廉希尔官方网站 方面更是拥有业内领先的研发团队。在国内创先设计开发了28nm光敏光栅开关PVG芯片威廉希尔官方网站 ,并成功量产应用于60V、400V、600V高低压、低内阻、低电容的光电耦合继电器芯片、涵盖1500kVrms SOP超小封装及3750kVrms隔离增强型常规SMD、DIP等不同封装,单路、双路、混合双路、常开常闭等电路产品,另包括200V SOI MOS/LIGBT集成芯片、100V CMOS/LDMOS集成芯片、8bit及32bit单片机等集成电路产品,均获得市场及各重点科研单位、检测机构的新产品认定。

公司核心研发团队中大部分工程师拥有硕士及以上学位,并有多名博士主持项目的开发。公司建立了科技创新和知识产权管理的规范体系,在电路设计、半导体器件及工艺设计、可靠性设计、器件模型提取等方面积累了众多核心威廉希尔官方网站 ,拥有多项国际、国内自主发明专利。

“国之重器,从晶出发,自强自主,成就百年”是国晶微半导体的企业目标,我们为员工提供精彩的发展空间,为客户提供精良的产品服务,我们真诚期待与您携手共赢未来。

审核编辑:彭菁

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原文标题:碳化硅与电动汽车电力电子中的硅

文章出处:【微信号:国晶微第三代半导体碳化硅SiC,微信公众号:国晶微第三代半导体碳化硅SiC】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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