Page 12 - 第三代半導體明日之星---碳化矽功率元件近況與展望

PULSE
圖4:電源管理IC (量產中)。
(圖片來源:EPC)
接下來，EPC還將推出新的電 源晶片組。第一批元件將是一款包 含交叉保護、感測和邏輯的65A功 率級晶片組。
圖5:GaN技術從2011年到2021年所取得的進展。
(圖片來源:EPC)
據Lidow所述，可以添加一個 額外的功率元件來創建一個半橋單 晶片，而這在15~20V以上的矽襯底 中是極其困難的。由於GaN對電壓 不敏感，因此可以製作一個完全單 晶片的功率級，而將高側元件和低 側元件，以及在高側的訊號級元件 和用於在頂層和底層之間進行通訊 的電平轉換元件全部包含在其中， 他表示，「你可以從這裡開始添加 感測器和控制，從而製作一個完整 的SoC。」Lidow表示，「七年前，我 們推出了第一個半橋單晶片，將讓 元件在與FET相同的晶片上整合驅 動器，也實現了具有各種感測器、
寬能隙和高臨界電場意味著 可以讓高壓元件的各層做得更薄， 從而降低電阻和相關的傳導損 耗，並實現低漏電和穩健的高溫操 作，V e l i a d i s 表 示。此 外，更 薄 的 層 和低導通電阻可以實現更小的外 形尺寸，從而降低電容，並實現更 高頻率的工作和更小的被動元件， 而大熱導率則可以實現在簡化散 熱管理的情況下進行大功率操作， 他指出。
(例如EPC的晶片級元件)，可以獲 得比矽元件低10倍的熱阻。」如果 對於GaN元件管理得當，這就會轉 化為更好一個數量級的散熱機會， 他補充說。
另一個重大機會是整 合。Lidow表示，「GaN本身是半絕 緣的，因此在其表面製造的元件不 會相互交流，除非對它們進行電氣 連接，因此可以在與大功率、高電 壓元件的同一晶片上製造小功率元 件和低電壓元件。所要做的就是縮 小尺寸。縮小源極到閘極的尺寸，就 會得到更低電壓的元件;縮小所有 尺寸，就會得到更低功率的元件。」
Veliadis還討論了SiC的一些關 鍵應用，包括汽車、資訊技術、電網 基礎設施、馬達驅動和航太領域。
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驅動器、電平轉換器和邏輯元件的 全單片功率級，這已普遍用於現在 的DC/DC轉換器、機器人和電動車 應用中(圖4)。」
他還介紹了GaN技術從2011年 到2021年所取得的進展(見圖5)。
GaN正在取代矽;由於EMI、效 率、成 本、尺 寸 和 整 合 度 的 改 進，這 個過程並不會放緩，Lidow表示。
碳化矽的基礎知識
針對寬能隙元件的優勢以及 SiC的挑戰和機遇，Veliadis指出， 由於SiC和GaN元件具有更高的熱 導率、能隙寬度(eV)和臨界電場， 因此都可以用來實現更高效、新穎 的電力電。
SiC的大量應用是電動車(EV) 大幅成長的汽車產業。「高壓SiC 將能解決電動車的最大問題之一