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开篇前的闲聊
第三代半功率器件的重要性是提升功率,增强效率,减小体积不可绕过的领域。[敏感词]逐渐对半导体领域的重视,以及资本市场也开始纷纷投来关注,特别是在贸易战忽明忽暗的局势中,大家更是意识到自主化生产功率器件的重要性。如同游戏中的所需的必要装备,为了合成神器,功率器件这一份元素是无论如何也绕不开的话题。如今三代半功率器件板块的国产队伍也纷纷异军突起,异常热闹,其中派恩杰公司已经生产出性能[敏感词]的碳化硅功率器件。
功率器件的损耗值
派恩杰参数领先
在老一代电力电子应用中,由于开关频率偏低,导通损耗占主要地位,一位本行业的开山鼻祖,美国科学院院士 Jayant B. Baliga教授 (下文简称巴神) 早在1989年就提出了一个评价功率器件导通损耗的品质因数(参见[i]),ε其中是半导体材料电介常数,μ是电子迁移率 ,EC是 击穿电场。根据巴神的公式,如果我们把硅材料的BFM因数作为1个单位,那么SiC材料的BFM因数是231个单位。这有什么意义呢?这说明,制作同样高电压的多子功率器件(MOSFET,肖特基二极管等), SiC材料的导通电阻小230倍!这意味着同样电流下的导通损耗,SiC器件也比硅器件也小230倍!GaN相对硅的归一化BFM是2097,Ga2O3是6170!用通俗话来总结就是,巴神早在1980年代就预言, 未来的功率半导体一定是宽禁带半导体的天下!
图片i
Jayant B. Baliga
(参见[ii]),其中Rds,on是器件的导通电阻,与导通损耗成正比,Qgd是器件栅漏米勒电容所存储的电荷,与开关损耗成正比。同时,因为Rds,on跟器件面积成反比,Qgd跟器件面积成正比,他们的乘积刚好抵消器件面积(或者说成本)的影响,展示出这个器件在高频工作下总体损耗水平。也用通俗的话来总结就是,HDFM品质因数越小,象征着器件的总体 损耗就越小,效率就越高 !
Alex Q. Huang
厂家 |
英飞凌 |
意法 |
科瑞 |
罗姆 |
派恩杰 |
某国产品牌 |
产地 |
欧洲 |
欧洲 |
美国 |
日本 |
中国 |
中国 |
技术平台 |
[敏感词]代沟槽 |
第二代平面 |
第三代平面 |
第三代沟槽 |
第三代平面 |
第?代平面 |
Rds,on (mΩ) |
90 |
60 |
75 |
80 |
80 |
80 |
Qgd (nC) |
5 |
35 |
20 |
25 |
9.3 |
54 |
|
21.2 |
45.8 |
38.7 |
44.7 |
27.3 |
65.7 |
归一化HDFM |
1 |
2.16 |
1.83 |
2.11 |
1.29 |
3.10 |
*以上数据来自互联网可公开下载的datasheet。 |
结语
在交通工具电气化,新大基建等项目的推动下,碳化硅器件将成为各大电源厂的战略布局重点。特斯拉全面与意法半导体合作,大众汽车拥抱科瑞……能抢占SiC功率器件的[敏感词]技术和产能的电源厂将得到不可比拟的战略优势。
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