碳化硅、氮化镓：注意带隙

近年来，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽带隙（WBG）半导体受到了广泛关注。这两种化合物都可以承受比硅更高的频率、更高的电压和更复杂的电子产品。SiC 和 GaN 功率器件的采用现在是不可否认的，问题更多地与公司可用的机会广度有关。

Yole Développement（法国里昂）的技术与市场分析师 Ezgi Dogmus 介绍了她对汽车和消费应用等特定新兴市场的 WBG 市场演变和预测的分析。

电力电子新闻：在 Yole Développement，您是半导体和新兴材料活动的一部分，涵盖 SiC、GaN、砷化镓、磷化铟以及氧化镓、金刚石和工程基板等新兴趋势。WBG 半导体的当今趋势和市场机会是什么？

Dogmus：电动汽车已成为大趋势，对半导体和电力电子业务产生重大影响。多年来，汽车电气化加速发展。这是由特斯拉效应、柴油门、某些地区和城市禁止柴油汽车、降低电池成本以及中国等国家对零排放汽车的激励措施等事件促成的。与此同时，许多政府加强了他们的二氧化碳减排目标。这种加速让大多数还没有准备好的传统玩家感到惊讶。

PEN：电动汽车 (EV) 会接管道路吗？

Dogmus：我们观察到，过去几年投资超过 3000 亿美元的原始设备制造商 (OEM) 的参与度很高。在 Yole，我们预测到 2024 年电动汽车的销量将超过 2500 万辆，这将带来令人印象深刻的市场增长。

PEN：未来几年对 WBG 半导体的采用有什么影响，尤其是对 SiC 的影响？

Dogmus：碳化硅适用于高功率密度和高效率的应用，例如焦点逆变器。如今，动力总成应用确实在显着推动 SiC 市场。

在电动汽车中，最重要的参数之一是行驶里程，我们已经确定了三种主要方法，碳化硅可以帮助延长行驶里程。大多数当代电动汽车使用 400V 电池运行，第一种方法让我们回到特斯拉在 2018 年决定用 SiC MOSFET 在 Model 3 核心逆变器中替换硅 IGBT 的决定。在这种情况下，碳化硅在逆变器级别实现了更高的效率和更小的外形尺寸。

第二种和第三种方法更多地与大容量电池以增加续驶里程的新趋势有关。迄今为止，只有保时捷的 Taycan 是一款配备 800 V 电池的商用车辆。为了提高电路的电压水平，丰田的普锐斯使用了 600-V 升压转换器。

这两个高压平台是 1,200 伏 SiC 在主要逆变器中采用的绝佳机会，并显着加速了 EV/HEV 市场中 SiC 的增长。

笔：氮化镓怎么样？是什么推动了它的采用？

Dogmus：消费智能手机市场正在出现一种新技术趋势：快速充电。多年来，随着高质量游戏、一些额外的传感器和摄像头、高 5G 数据传输速率以及更大的智能手机屏幕等新功能的出现，电池容量和尺寸不断增加。但是，如果您使用传统的 5 瓦充电器（>1.5 小时），则更大容量的电池意味着需要较长的充电时间。现在是 OEM 采取行动并开始部署快速充电的时候了。我们的想法是通过更高的功率进一步推动限制，以更多地减少充电时间。

 

图 1：基于 GaN 的快速充电器

PEN：与硅器件相比，价格是多少？

Dogmus：高功率GaN基快速充电器非常相似，甚至比硅基充电器便宜。我们首先看到了售后市场充电器的推出，在 2019 年和 2020 年，三星、华为、i 和小米等领先的 OEM 开始了他们自己的基于 GaN 的快速充电器配件。与此同时，中国厂商 Oppo 和 Realme 已将这些 GaN 充电器集成到智能手机盒中，因此将它们与手机一起销售。我们可以期待三星、苹果和华为等领先 OEM 厂商在未来将基于 GaN 的快速充电器集成到智能手机盒中。当市场接受这些基于 GaN 的充电器时，我们可以预期价格会进一步降低。

PEN：对 SiC 和 GaN 的市场预测是什么？

Dogmus：在 Yole，我们预测到 2025 年 SiC 将超过 26 亿美元。未来五年，汽车市场将成为 EV/HEV 中主要逆变器的首要驱动因素。碳化硅也将成为电动汽车充电基础设施和光伏等能源应用的重要元素。

 

图 2：SiC 和 GaN 电源市场演变

值得注意的是，消费类快速充电器推动了 GaN 市场的发展。预计到 2025 年将达到约 7 亿美元。从 2024 年和 2025 年开始，我们预计 EV/HEV 应用中 GaN 的数量将增加。

审核编辑 黄昊宇