水原德健在“中國汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨展覽會(huì)(SAECCE)”現(xiàn)場(chǎng)發(fā)表演講
如業(yè)內(nèi)人士所知,時(shí)至今日,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段,第一代半導(dǎo)體材料以硅(Si)為代表;第二代半導(dǎo)體材料砷化鎵(GaAs)也已經(jīng)廣泛應(yīng)用;第三代半導(dǎo)體材料則以氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)等寬禁帶為代表。相較前兩代產(chǎn)品,第三代半導(dǎo)體材料具有高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度、高遷移率等特點(diǎn),非常適用于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。
第三代半導(dǎo)體材料SiC的“三高”
據(jù)水原德健介紹,相比Si材料,第三代的SiC具有“三高(高溫、高壓、高頻)”等綜合優(yōu)勢(shì)。在耐高溫方面,SiC材料可達(dá)到250℃,比Si高出50℃。采用SiC材料,器件的散熱板可以設(shè)計(jì)的小一些,外觀尺寸更緊湊(輕量化)。在耐高壓方面,Si材料的耐壓瓶頸在900V左右,雖然也能在1200V,甚至1500V下工作,但性能特性會(huì)有所下降,如果要達(dá)到1700V或以上,則必須要使用第三代的SiC材料。因?yàn)镾iC材料擊穿場(chǎng)強(qiáng)(Breakdown Electriic Field)指標(biāo)幾乎能達(dá)到Si的10倍。在滿足高頻響應(yīng)方面,SiC材料的開關(guān)速度更快,使得器件內(nèi)的電阻、電感、線圈能以更小、更緊湊的尺寸滿足系統(tǒng)需求。其中,線圈的尺寸可縮小至原先的1/10。
↑在滿足同等性能特性的需求時(shí),采用具有高溫、高壓、高頻優(yōu)勢(shì)的SiC材料制作的功率器件,可以比Si更薄、更輕、更小巧。
水原德健表示,在滿足同等性能特性的需求時(shí),采用具有高溫、高壓、高頻優(yōu)勢(shì)的SiC材料制作的功率器件,可以比Si更薄、更輕、更小巧。無疑,SiC材料“三高”特性正好滿足了新能源汽車的應(yīng)用所需。就目前SiC材料發(fā)展而言,在新能源汽車中的主要應(yīng)用包括:車載充電器、DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器、主機(jī)逆變器以及無線充電。他預(yù)計(jì),采用SiC的功率器件有望在2022年出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。同時(shí),車載充電器采用SiC材料,可實(shí)現(xiàn)更高的充電效率、更長(zhǎng)的續(xù)駛里程。
活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng),羅姆展示了其與Formula-E參賽隊(duì)-文圖里(Venturi)車隊(duì)合作的技術(shù)成果示意圖。水原德健說,雙方的合作起步很早,從2016年的第三賽季就開始了。幾年來,在Formula-E賽車電力驅(qū)動(dòng)主逆變器上的應(yīng)用演進(jìn),也驗(yàn)證了SiC元器件的性能優(yōu)勢(shì)。例如,同為200kW功率,第三賽季相比第二賽季傳統(tǒng)的逆變器,采用SiC材料后總量減輕了2kg、尺寸縮小了19%。而第四賽季應(yīng)用了全SiC模塊的主逆變器(220KW)相比第二賽季,實(shí)現(xiàn)減重6kg、體積縮小43%。
SiC材料新能源汽車應(yīng)用增勢(shì)驚人
權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2017年,羅姆位列SiC市場(chǎng)前三甲,而且與排名前兩位的市場(chǎng)份額非常接近。
采訪中,水原德健詳細(xì)介紹了羅姆SiC的發(fā)展歷史。他說,早在2002年,公司就開始進(jìn)行SiC材料的基礎(chǔ)研發(fā)。2009年收購了SiC晶圓供應(yīng)商德國SiCrystal公司, 2010年,完善并確立了羅姆在SiC器件領(lǐng)域一條龍的生產(chǎn)體系,羅姆第一代肖特基勢(shì)壘二極管量產(chǎn),是當(dāng)時(shí)日本首家、全球第4家具備該量產(chǎn)能力的半導(dǎo)體廠商。同年12月,羅姆作為全球第一家公司量產(chǎn)了SiC MOSFET。2012年,羅姆SiC全模塊產(chǎn)品開始量產(chǎn)。2015年,采用創(chuàng)新的溝槽構(gòu)造的第二代SiC MOSFET投產(chǎn)。相比第一代采用平面構(gòu)造的產(chǎn)品,第二代產(chǎn)品芯片尺寸更小,并通過導(dǎo)通電阻的降低,使得器件具備更大的通過電流(功率)。最新的第三代SiC功率器件也于2017年11月開始量產(chǎn)。
談到SiC全球應(yīng)用概況,水原德健說,2013年起SiC材料開始逐步被使用。目前,SiC材料主要應(yīng)用于這四大市場(chǎng):風(fēng)電、太陽能等綠色能源領(lǐng)域;服務(wù)器等信息和通信(ICT)行業(yè);新能源汽車;工業(yè)控制。他坦言,受較高成本的限制,除了個(gè)別車型外,目前SiC材料在新能源汽車上的應(yīng)用還未普及開。不過,展望未來,新能源汽車應(yīng)用增長(zhǎng)是最快的。據(jù)行業(yè)最新統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè),SiC材料全球市場(chǎng)規(guī)模將從2017年的4億美元快速增長(zhǎng)到2025年的16億美元,樂觀的預(yù)測(cè)甚至能達(dá)到34億美元。水原德健透露,為了把握SiC材料快速增長(zhǎng)的機(jī)遇,羅姆計(jì)劃分批投入共計(jì)600億日幣,至2025年時(shí)將SiC的產(chǎn)能提升至2017年的16倍。力爭(zhēng)到2025年,羅姆能在全球SiC市場(chǎng)的份額達(dá)到30%。
文章來源:汽車制動(dòng)網(wǎng) chebrake.com
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