IEEE發布寬帶隙半導體技術路線圖,押注碳化硅和氮化鎵材料發展

  近日,為了促進寬帶隙(WBG)半導體技術的發展,IEEE電力電子學會(PELS)發布了寬帶隙功率半導體(ITRW)的國際技術路線圖。

  該路線圖確定了寬帶隙技術發展的關鍵趨勢、設計挑戰、潛在應用領域和未來應用預測。

  一、什么是寬帶隙半導體?

  寬帶隙半導體指的是在室溫下帶隙大于2.0eV的半導體材料,如碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)。這類材料的帶隙(絕緣態和導電態之間的能量差)明顯大于硅。

  因此,寬帶隙功率設備消耗的能源更少,可以承受更高的電壓,在更高的溫度和頻率下運行,并且能夠從可再生能源中產生更可靠的電力形式。

  從應用角度看,寬帶隙半導體能夠廣泛應用于藍、紫光和紫外光電子器件,以及高頻、高溫、高功率等電氣器件中。

  但由于寬帶隙技術較新,所以制造成本比硅更高。

  二、寬帶隙半導體的優勢

  在路線圖委員會的專家們看來,碳化硅和氮化鎵材料的應用范圍越來越廣泛,在為行業提供硅無法實現的性能的同時,其價格也更加便宜。

  據了解,采用碳化硅和氮化硅功率轉換器研發的新一代寬帶隙半導體,其轉換速度比用硅材料研發的同類器件快100至1000倍。

  與此同時,寬帶隙比硅還能節省更多能效?!耙粋€典型的硅轉換器,使用者可以獲得約95%的能效,但使用寬帶隙轉換器,這一數值將接近99%?!盉raham Ferreira說到。

  從應用方面看,采用寬帶隙材料制成的小型轉換器,通過其低功耗等特性,未來將廣泛地應用于腦、筆記本電腦、電視和電動汽車等電源供應市場。

  三、路線圖重點關注四大領域

  “該路線圖從戰略角度審視了寬帶隙的長期前景、未來、趨勢,以及潛在的可能性?!贬槍β肪€圖,ITRW指導委員會主席、IEEE研究員Braham Ferreira談到,其目的是加速寬帶隙技術的研發,以更好發揮這項新技術的潛力。

  據了解,路線圖委員會由世界各地的材料學專家、工程師、設備專家、政策制定者,以及工業和學術界等領域代表組成。他們重點關注四個領域,分別為基板和設備、模塊和封裝、GaN系統和應用、SiC系統和應用。

  針對路線圖的制定,Braham Ferreira表示,由于他們不能直接對半導體設備的生產和開發下達行業指令,因此只能通過共識和協議來確定潛在的新應用領域,并為行業的長期研發和投資指明了方向。

  路線圖摘要列出了采用WBG技術最有可能受益的市場,包括光伏轉換器、混合動力和純電動汽車傳動系統以及數據中心。

  從時間角度看,路線圖制定了5年短期、5至15年中期和長期三個階段的商業化框架。

  其中,短期主要提出了現有產品和設備的指標、中期則依據具體技術的商業花路徑、長期趨勢則突出了其他新領域的研究方向。


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