功率半导体的革命：SiC与GaN的共舞（二）

GaN和SiC将区分使用

　　2015年，市场上或许就可以稳定采购到功率元件用6英寸SiC基板。并且，届时GaN类功率元件除了硅基板之外，还有望使用GaN基板。也就是说，2015年前后，SiC制功率元件与GaN类功率元件就均可轻松制造了。

　　在对大幅减少电力转换器中的电力损失以及缩小电力转换器尺寸有强烈要求的用途方面，估计会采用SiC及GaN。两种元件最初将根据使用终端的电力容量及开关频率区分使用。

　　GaN将主要用于中低容量用途，SiC将主要用于大容量用途。而且，由于GaN制功率元件更适合高速开关动作，因此要求更高开关频率的用途估计会采用GaN。

　　SiC功率元件有望降低成本，SBD或将降至硅二极管的两倍

　　与硅制功率半导体元件相比，SiC制功率元件的电力损失小，可以高速开关，而且耐热性高等，性能更加出色。SiC制肖特基二极管（SBD）于2001年投产，SiC制MOSFET于2010年投产，其中SiC制SBD已被配备于空调及铁路车辆用逆变器等，SiC制功率元件的采用正在逐步扩大。

　　新日本制铁开发的6英寸SiC基板

　　但SiC制功率元件要进一步普及到混合动力车及电动汽车等电动车辆、工业设备以及白色家电的电源电路等领域，价格及性能方面还存在课题。SBD仍十分昂贵，SiC制MOSFET不仅价格高，而且没有完全发挥出SiC的出色材料特性。不过，有助于解决这些问题的研究成果接连问世（表1）。

　　6英寸基板将于2012年面世

　　对降低SiC制功率元件的成本十分重要的是，制造元件时使用的基板的大小。基板的口径越大，功率元件的生产效率越高，也就越有利于降低成本。

　　目前已产品化的功率元件用SiC基板的最大口径是4英寸，估计6英寸产品最早将会在2012年内面世。除了SiC基板份额居首的美国科锐之外，新日本制铁也宣布将在2012年开始样品供货SiC基板。2015年以后，估计会有多家企业提供基板，而且结晶缺陷更少。

　　与3英寸扩大至4英寸相比，口径扩大至6英寸对降低成本起到的作用更大。其原因是，目前硅制功率元件都使用口径为6～8英寸的硅基板制造，6英寸SiC基板面世后，更加便于在生产SiC制功率元件时沿用现有装置。

　　据法国调查公司Yole Developpement介绍，采用4英寸基板的SBD价格为每安培输出电流约16美分。采用6英寸基板之后，有望降至每安培10美分以下。

　　目前，用于电源电路用途的硅制二极管方面，“耐压600V、输出电流为5A的产品为25日元左右”（功率半导体技术人员）。也就是说，如果6英寸基板能够稳定供应，SiC制SBD的价格将降至硅制二极管的1.5～2倍左右。如果能够实现这样的价格，估计SiC制SBD将会“迅速普及”（该技术人员）注1）。

　　注1） 6英寸基板面世后，便于生产电动车辆所需要的、每个芯片