隨著硅達到功率器件的理論性能限制，電力電子行業(yè)一直在向寬帶隙材料(WBG) 過渡。基于碳化硅 (SiC) 和氮化鎵技術的 WBG 功率半導體器件提供的設計優(yōu)勢可提高應用性能，包括：低漏電流、顯著降低的功率損耗、更高的功率密度、更高的工作頻率以及耐受更高工作溫度的能力. 使用比純硅等效器件更小的器件尺寸，所有這些都是可能的。穩(wěn)健性和更高的可靠性是其他重要屬性，從而提高了設備的總預期壽命和運行穩(wěn)定性。

SiC 技術來得正是時候。正如全球能源可持續(xù)性推動行業(yè)提供更清潔、更高效的電力轉換一樣，碳化硅功率半導體器件已進入開發(fā)和部署階段。在全球二氧化碳減排目標的推動下，汽車行業(yè)向汽車電氣化的大規(guī)模轉變幫助推動了 SiC 市場的增長，推動了產品開發(fā)，有望將 SiC 功率器件推向更廣泛的工業(yè)、電動汽車和可再生能源應用。

正如 IEEE Fellow、PowerAmerica 執(zhí)行董事兼首席技術官 Victor Veliadis 在前言中指出的那樣，“ AspenCore 碳化硅指南對SiC 功率技術的關鍵方面進行了出色的深入討論。對于那些直接在現(xiàn)場部署 SiC 的人來說，它是一個有價值的參考，對于那些從硅過渡的人來說，它是一個全面的介紹。

SiC 器件也被部署在具有嚴格尺寸、重量和效率要求的高壓功率轉換器中。通態(tài)電阻和開關損耗顯著降低，而 SiC 的導熱率幾乎是硅的三倍，使組件能夠更快地散熱。隨著基于硅的設備尺寸縮小，這一點很重要。

碳化硅的帶隙能量大于硅（3.2eV，或大約是硅的三倍，等于1.1eV）。更高的擊穿電壓和效率以及更好的高溫熱穩(wěn)定性是可能的，因為需要更多的能量來激發(fā)半導體導電帶中的價電子。更小的電路和更輕的重量，以及更低的總功耗都是在逆變器中采用 SiC 技術的優(yōu)勢。SiC MOSFET 可以在更高的開關頻率下工作，從而允許使用更小的逆變器組件。SiC功率半導體也可以在比普通硅功率半導體更大的電壓和電流下工作，從而產生更大的功率。

我們還涵蓋 WBG 市場、技術和應用。技術專家提供對受益于 SiC 功率器件卓越性能的市場的洞察。隨后討論了支撐設計、制造和電路實現(xiàn)的技術基礎。后續(xù)章節(jié)涵蓋主要的 SiC 器件應用，包括電動汽車、可再生能源、電機控制、航空航天和國防。

北卡羅來納大學電氣和計算機工程教授 Veliadis 補充道：“每一章都是對其主題的實用概述，對于任何想要保持在功率 SiC 技術前沿的人來說，都是必讀的?！?

汽車、智能能源：SiC 增長動力

減少二氧化碳排放的積極目標將需要對全球能源生產進行全面改革。風能和太陽能，經常與儲能相結合，是增長最快的行業(yè)之一。SiC 技術是這些解決方案的核心。

正如市場分析師 Yole Développement 的 Ezgi Dogmus 和 Ana Villamor 所討論的，碳化硅的增長動力包括混合動力和電動汽車。分析師們將 SiC 在汽車市場的崛起追溯到 2017 年，當時特斯拉在其主逆變器中采用了該技術。其他電動汽車制造商很快跟進。Yole 預計，到 2026 年，汽車 SiC 市場——包括車載充電器和 DC/DC 應用以及逆變器——將超過 20 億美元。

業(yè)界認為，汽車平臺將成為 SiC 向更多電力電子領域擴張的跳板，使技術成熟，從而產生更高的器件良率和更實惠的器件。我們的分析著眼于 SiC 供應鏈中的主要參與者，并研究了圍繞 SiC 晶圓供應和產能的問題。

對于智能能源應用，SiC 的介電強度是硅的 10 倍，從而使設備能夠在更高的電壓下運行，同時滿足充電基礎設施和智能電網的運行要求。在更高的開關頻率下工作也提供了多種好處。SiC 較高的開關頻率允許設計人員減小磁鐵、作為濾波器一部分的電感器或在使用高頻時可以更小的變壓器的物理尺寸。同時，由于較高的開關頻率而產生的低諧波可以顯著提高電機效率。

在汽車和工業(yè)環(huán)境中，基于 SiC 材料的能源解決方案正在增加。制造晶片的過程仍然比用于硅晶片的過程復雜得多。隨著對 SiC 器件的需求不斷增長，制造商必須尋找晶圓供應商。

我們的最新著作還收錄了參與 SiC 生產的主要半導體公司高管的貢獻，包括他們對 SiC 技術未來的看法。討論包括汽車電氣化以外的 SiC 增長的可能市場驅動因素，包括光伏逆變器和儲能、UPS 系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務器的電源單元和工業(yè)電機驅動器。

困擾 WBG 部門的供應鏈問題已經緩解。盡管如此，行業(yè)高管仍強調 OEM 與一級供應商合作的重要性，以確保設備供應足以滿足不斷增長的需求。