SiC 是 Silicon Carbide 的缩写，中文称为碳化硅，是由硅 (Si) 和碳 (C) 组成的化合物。SiC 是宽带隙半导体材料之一，其带隙是传统半导体原材料硅 (Si) 的三倍。除了 SiC 之外，GaN (氮化镓) 也是宽带隙半导体的一种。本文将介绍英飞凌宽带隙半导体的优势以及 SiC 备受关注的原因。

SiC 为何受到关注？

随着全球制定碳中和的目标，各国和企业都在努力实现脱碳，而在汽车行业，每个汽车制造商都在明确何时停止销售新的汽油动力汽车。现在的情况是，汽车行业正在明确其未来愿景，明确规定何时停止销售新的汽油车，以及何时所有销售的新车都将改为 xEV。

*xEV=混合动力汽车 (HEV)、插电式混合动力汽车 (PHEV) 和电动汽车 (EV)

在这种情况下，能够处理 xEV 电池高电压的功率半导体将变得极其重要。当然，可以用传统的硅功率半导体来驱动作为 xEV 支柱的逆变器和电机，但在更高的电池电压、驱动更大输出功率电机所需的更大电流、更高的功率转换效率和更长的行驶距离等方面，硅在某些领域是跟不上的。这就是 SiC 备受关注的原因。前文提到 SiC 的带隙是 Si 的三倍，带隙被定义为“没有电子存在的区域的宽度”，但对于半导体来说，它被称为“从价带顶部到底部的能量差”。采用 SiC 晶片的功率半导体的主要应用是“功率转换”，因此在驱动汽车用逆变器和电机时，提高“转换效率”极为重要。因此，降低传导损耗和开关损耗是功率半导体发展的关键点。

为了大幅缩短电动汽车的快速充电时间，功率半导体将需要具有更高的击穿电压和更高的电流，但由于 SiC 具有高击穿电压，因此功率半导体本身的耐压可以提高，并且相应地可以流过大电流。此外，SiC 等宽带隙半导体比 Si 具有更高的热导率，更容易散热，不仅可以提高转换效率，还可以减小冷却功能的尺寸和重量。电动汽车一次充电可以行驶的距离很大程度上受到车辆重量的影响，因此 SiC 在这方面也有重大贡献。

Si 与 SiC 特性比较

下图 (图1) 对 Si 和 SiC 在带隙、击穿电压、热导率和工作温度方面进行比较。从图中可以看出，SiC 具有出色的特性。此外，与 Si 相比，SiC 还具有以下特点和优势：

• 薄漂移层
• 低开关损耗
• 高开关频率
• 开关速度快
• 小栅极电荷
• 小电容

SiC 的应用和优势

如上所述，SiC 具有许多优势，以下为它们在实际车载系统中的 3 个为主要优势：

1. 高效率
2. 提高功率密度
3. 降低系统成本

特别是对于 1 和 2 方面，SiC 具有高击穿电压，因此 SiC 可以将功率半导体本身的耐压由传统 Si MOSFET 和 IGBT 可达到的 800V 左右可提高至 1200V。事实上，在车载充电器应用的 PFC 部分，使用相同数量的开关器件，对耐压为 650V 的 Si IGBT 和耐压为 1200V 的 SiC MOSFET 进行了比较，结果发现 SiC 的平均能量损耗比 Si 减少了 50%。

关于 3 系统成本降低，尽管 SiC 仍然比 Si 贵，但例如在比较逆变器应用中的系统成本时，出现了如下图 (图2) 所示数据。特别是，据说电动汽车的电池价格至少占汽车价格的 35%，因此降低电池单元的系统成本至关重要。目前 SiC 功率半导体本身比 Si 功率半导体更昂贵，但从系统层面考虑，SiC 具有成本效益。这三大优势最终降低了车辆动力系统的成本以及功率半导体的相关尺寸和重量，从而在相同的行驶里程内节省电池容量。

如何使用 Si 和 SiC

下图 (图3) 分布图显示了典型的 xEV 应用中经常使用的功率半导体。传统上，IGBT 用于大输出的产品，Si MOSFET 用于需要高开关频率的产品，但当需要大输出和高开关频率应用时，越来越多地考虑 SiC。

英飞凌拥有从低耐压到高耐压的各种 Si MOSFET，以及已用于许多车辆的分立式和模块式 IGBT，并充分利用多年来培育的沟槽技术，英飞凌正在增加其 SiC MOSFET 产品阵容。通过研发，英飞凌提供业界最佳的性能和质量。

英飞凌汽车 SiC 的特点：

• 出色的栅极氧化物可靠性
• 一流的开关和传导损耗
• IGBT 兼容驱动器 (+18V)
• 阈值电压 Vth>4V
• 高抗短路和雪崩能力
• 自有工厂稳定生产供应
• 超越 AEC-Q101 的可靠性测试
• 多种封装开发

英飞凌汽车 SiC MOSFET 产品阵容

SiC MOSFET - 模块

SiC MOSFET - 分立式

总结

本文通过对 Si 和 Sic 进行比较，为大家介绍了 Sic 的应用和主要优势，并列举了英飞凌汽车 SiC MOSFET 产品阵容。欲了解更多技术细节和英飞相关产品信息，您可以点击下方「联系我们」，提交您的需求，澳门人巴黎人1797公司愿意为您提供更详细的技术解答。