碳化硅助力电动汽车的续航和成本全方位优化

与传统的硅器件相比，碳化硅（SiC）器件由于拥有低导通电阻特性以及出色的耐高温、高频和耐高压性能，已经成为下一代低损耗半导体可行的候选器件。此外，SiC 让设计人员能够减少元器件的使用，从而进一步降低了设计的复杂程度。SiC 元器件的低导通电阻特性有助于显著降低设备的能耗，从而有助于设计出能够减少 CO₂ 排放量 的环保型产品和系统。罗姆在 SiC 功率元器件和模块的 开发领域处于先进地位，这些器件和模块在许多行业的 应用中都实现了更佳的节能效果。

水原德健, 罗姆半导体（北京）有限公司技术中心总经理

目前，市场上基本按图 1 划分几种材料功率半导体器件的应用场景。当低频、高压的情况下适用硅基 IGBT，如果稍稍高频但是电压不是很高，功率不是很高的情况下，使用硅基 MOSFET。如果既是高频又是高压的情况下，适用碳化硅 MOSFET。那么电压不需要很大，功率不需要很大，但是频率需要很高，这种情况下适用氮化镓。目前来看，基于碳化硅材料的功率半导体适合应用于高频高功率高工作电压的应用场合。

图1

相比硅，碳化硅具有高效率等特性，因而可以更有效地利用电动汽车电池的电能。这将非常有助于延长电动汽车的续航里程并削减电池体积和成本。作为碳化硅元器件的领军企业之一，罗姆一直致力于先进产品的开发，早在 2010 年便于业界首次量产 SiC MOSFET。在车载领域，罗姆于 2012 年推出了支持 AEC-Q101 认证的车载品，并在车载充电器（OBC）领域拥有很高的市场份额。此外，罗姆碳化硅产品还应用于车载 DC/DC 转换器等领域。2020 年 6 月，罗姆发布了业界先进的第 4 代低导通阻抗 SiC MOSFET。此产品非常适用于包括主机逆变器在内的车载动力总成系统和工业设备的电源。与以往产品相比，在不牺牲短路耐受时间的前提下，成功实现业界较高水平的低导通电阻。比如在用于车载主驱逆变器时，与使用 IGBT 时相比，效率可以得到显著提升，主要体现在逆变器的高扭矩和低转速范围，从而可使电耗减少 6%（按国际标准“WLTC 燃料消耗量测试”计算）。

罗姆一直在大力推动业内先进的碳化硅元器件和各种具有优势的硅元器件的开发与量产，同时，一直致力于在中等耐压范围具有出色的高频工作性能的氮化镓器件的开发，旨在为各种应用提供更广泛的电源解决方案。并且，罗姆将有助于节能和小型化的氮化镓器件产品阵容命名为“EcoGaN”，并一直致力于进一步提高器件的性能。今后，罗姆将继续开发融入了“Nano Pulse Control™”等模拟电源技术的控制 IC 及其模块，通过提供能够更大程度地发挥氮化镓器件性能的电源解决方 案，为实现可持续发展社会贡献力量。

在罗姆，SiC 业务从 SiC 衬底、外延、晶圆到封装都构建了公司内部“一条龙”的生产体制，不仅是器件开发，还致力于晶圆的大口径化，以及通过投入最新设备来提高生产效率；以性能、品质、稳定供给来实现与友商的差别化。

(注：本文转载自《电子产品世界》2022年7月期)