作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，碳化硅(SiC)憑借其禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率大等特性，成為高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)備功率器件的新寵。在不久前的一場(chǎng)羅姆SiC產(chǎn)品分享會(huì)上，筆者詳細(xì)了解了SiC產(chǎn)品在功率器件中的比較優(yōu)勢(shì)，以及該公司在SiC產(chǎn)品線、車規(guī)產(chǎn)品以及生產(chǎn)制造方面的情況。

與Si功率器件相比，SiC產(chǎn)品的耐高壓特性使得器件可以使用更薄的半導(dǎo)體層（約1/10），并且由于其漂移區(qū)阻值只有Si器件的1/300，所以它的導(dǎo)通損耗非常低。

上圖顯示，以二極管（PN、SBD）和晶體管（IGBT、MOSFET）這兩種功率器件為例，目前在超過(guò)400V和600V電壓的少子和多子器件中，SiC在導(dǎo)通電阻和開關(guān)速度上都有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。由于SiC材料具有更低的阻抗，更高的運(yùn)行頻率以及更耐高溫，所以在同等效果下，SiC器件只需要Si器件1/2的尺寸，1/10的被動(dòng)元件以及1/5的冷卻系統(tǒng)。

以目前光伏和車載電源系統(tǒng)中常用的5kW LLC DC/DC轉(zhuǎn)換器為例，SiC芯片面積只有Si-IGBT的1/4左右，重量也只有其1/8左右，而損耗能降低63%！總的來(lái)看，目前市場(chǎng)上高壓應(yīng)用中，Si-IGBT還占據(jù)主導(dǎo)地位，SiC只占1/10左右，可以說(shuō)市場(chǎng)前景廣闊。光伏、數(shù)據(jù)中心、智能電網(wǎng)充電站、工業(yè)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)電源、電動(dòng)汽車、鐵路、風(fēng)電和家電都是羅姆關(guān)注的SiC功率器件的目標(biāo)市場(chǎng)。

基于這樣的市場(chǎng)潛力，羅姆正在積極擴(kuò)張?jiān)摴井a(chǎn)能。去年4月，羅姆在日本福岡縣啟動(dòng)了12年來(lái)首座新廠——ROHM Apollo筑后工廠——的建設(shè)，原計(jì)劃總建筑面積為1.1萬(wàn)平方米，后又決定加建到2萬(wàn)平方米。該廠主要生產(chǎn)6英寸SiC功率器件的襯底、外延片和晶圓加工的預(yù)處理工藝。預(yù)計(jì)新廠房將于2020年12月竣工，2021年開始投入運(yùn)營(yíng)，2022年開始大批量生產(chǎn)。新廠投產(chǎn)后，預(yù)計(jì)到2024財(cái)年，羅姆SiC器件全球總產(chǎn)能較2016財(cái)年將增長(zhǎng)16倍，柵極驅(qū)動(dòng)則較2016財(cái)年增長(zhǎng)15倍。

上面兩張圖分別是羅姆目前所有的SiC分立和功率模塊產(chǎn)品。羅姆是全球少數(shù)完全擁有SiC垂直整合制造工藝的公司，包括從晶棒生產(chǎn)到晶圓再到封裝。據(jù)悉，今年該公司將擴(kuò)充6英寸第三代工藝600V SBD產(chǎn)品，預(yù)計(jì)年底將推出1200V樣片；在SiC-MOSFET上，今年會(huì)推出非車規(guī)第四代6英寸工藝產(chǎn)品，明年則將推出車規(guī)級(jí)產(chǎn)品。

電動(dòng)汽車的主驅(qū)逆變器、車載充電器和降壓轉(zhuǎn)換器將是SiC功率器件的主要應(yīng)用。由于SiC功率器件體積減少，省出的空間和重量可以增加到電池組，這增加了電池容量并因此延長(zhǎng)了續(xù)航里程。此外，SiC功率器件高轉(zhuǎn)換效率大大縮短了充電時(shí)間，而其耐壓特性，也使得整車充電電纜重量降低——因?yàn)榭梢灾С?00V電池電壓。

上圖顯示在汽車應(yīng)用中，SiC器件占比在今后幾年將越來(lái)越高?？紤]到成本，SiC MOS這類器件將首先被高檔車采用。目前羅姆已經(jīng)在車載SiC磁隔離柵極驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)取得80%以上的份額，而由于光學(xué)隔離器件有衰減問(wèn)題，加上EV車小型化趨勢(shì)，都將促使該公司在SiC磁隔離柵極驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)取得更大的的份額。