中国电子报、电子信息产业网ST：加快推进第三代半导体在工业市场的应用

2020-06-12

近年来，基于硅(Si)、砷化镓(GaAs)半导体材料的功率器件受材料性能所限，正接近物理极限，产业发展进入瓶颈期。而以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场强度高、热导率高、电子饱和速率高等特点，得到越来越广泛的应用。工业市场对产品的可靠性、稳定性有更高要求，因此SiC和GaN器件在工业市场有着更大的市场应用空间。意法半导体(ST)是工业半导体市场领先的供应商之一，近年来也在持续推进SiC和GaN器件在工业领域的应用。日前，意法半导体举办工业媒体交流会。意法半导体亚太区功率分立和模拟产品器件部区域营销和应用副总裁沐杰励介绍了SiC和GaN器件在工业领域的发展情况，以及意法半导体的相关产品解决方案。
SiC在工业领域将保持12%平均增长率
SiC是第三代半导体材料的代表。目前硅基MOSFET应用多在1000V以下，约在600~900V之间，若超过1000V ，芯片尺寸会很大，切换损耗、寄生电容也会上升。 SiC器件相对于Si器件的优势之处在于降低能量损耗、更易实现小型化和更耐高温。
在工业市场， SiC器件主要应用于直流充电桩及智能电网、工业用电等领域，如SiC功率器件在智能电网的主要应用包括高压直流输电换流阀、柔性直流输电换流阀、灵活交流输电装置、高压直流断路器等电力电子变压器装置中，可以带来高效率、大功率、高频率的优势。其中， 2018-2025年SiC MOSFET在工业领域预计将保持在12%的平均增长速度。

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沐杰励表示，意法半导体在SiC器件方面，拥有广泛的解决方案，包括分立器件、裸芯片、模块和持续扩大的产能，以支持市场的加速扩张。本次交流会上，意法半导体展示了采用SiC器件与数字控制的15kW双向PFC(3级T型) ，解决方案涵盖32位MCU STM32G474、SiC MOSFET SCTW35N65G2V、电气隔离栅极驱动器STGAP2S、模拟温度传感器STLM20W87F、高压变换器VIPer26K 。 SiC MOSFETs搭配STM32G474可实现70kHz高开关频率运行，实现更高的运行效率，预计一年内将会至少节省330千瓦的能量(以每天运行12小时为例) 。
意法半导体对于SiC器件的发展非常重视。去年12月，意法半导体完成了对瑞典SiC晶圆制造商Norstel的整体收购。当前SiC晶圆存在供货短缺的情况，意法半导体收购Norstel股权，一方面是扩大SiC的货源，另一方面也是看中了它的新技术。意法半导体总裁兼首席执行官Jean-Marc Chery表示：“在全球碳化硅产能受限的大环境下，整体并购Norstel将有助于增强ST内部的SiC生态系统，提高我们的生产灵活性，使我们能够更好地控制芯片的良率，进行质量改进，并为我们的碳化硅长远规划和业务发展提供支持。 ”
据悉， Norstel正在开发一种可提高SiC晶圆质量且降低成本的制造技术。收购Norstel后，意法半导体将可以加强SiC的垂直整合，形成成本优势。 Norstel被整合到意法半导体的全球研发和制造业务中，有助于继续发展150mmSiC裸片和外延片的生产，同时研发200mm晶圆以及更广泛的宽禁带材料。
适用低压高频GaN充电领域应用正在加速
由于GaN的禁带宽度较大，利用GaN可以获得更大带宽、更大放大器增益、生产尺寸更小的半导体器件。在工业市场， GaN器件产品包括SBD、FET等面向无线充电、电源开关等的产品。目前市面上的GaN充电器可支持USB快充，以27W、30W和45W功率居多。在本次见面会上，意法半导体介绍了采用一款采用GaN FET SiP 半桥驱动的65W Type-C & PD充电器。该方案的驱动器与2个650V GaN FETs采用同一封装，开关频率达到350kHz ，功率密度比市场标准高1.5倍至2倍。

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