據(jù)WSTS(世界半導體市場統(tǒng)計)的預測，目前市場狀況相比2020年，約有6%的增長，總算擺脫了2019年底以后受疫情影響導致的連續(xù)低迷狀態(tài)。例如：5G(第五代移動通信系統(tǒng))已開始商用化;汽車領域的廣泛電動化...
從4G到5G的進展，數(shù)據(jù)的處理量增加，數(shù)據(jù)通訊要求高速化。在5G的發(fā)射基地，為克服通訊的延遲，設置于用戶附近的數(shù)據(jù)中心又增設了邊界(edge)數(shù)據(jù)中心，與此相應，數(shù)據(jù)中心內(nèi)服務器(server)用電源的需求加大，致使功率器件的需求量加大。對于服務器用電源來說，在功率因數(shù)改善(PFC)回路上配置了600v級的高速二極管;在DC/DC變換器回路上配置了相同耐壓級的功率-MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)。最近，在PFC回路上多數(shù)采用了碳化硅(SiC)的肖特基壁壘二極管(SBD)，由此能大幅度降低損耗。SiC-SBD 6吋薄片(wafer)的正規(guī)量產(chǎn)化，確保了成本的下降，縮小了與原來硅二極管的價格差，這也是多數(shù)采用的重要考慮因素。另方面，功率-MOSFET已進展到650v級超結(SJ) Si-MOSFET的低導通阻抗和低成本，SiC-MOSFET就不那么簡單的好介入。氮化鎵(GaN)器件，同樣耐壓650v的元件已經(jīng)投放市場，看來今后必將介入這一領域，特別是形成于硅板上GaN、正常斷開(normal-off)的高電子遷移率晶體管，由于2維電子氣體(2DEG)，不僅具有低的導通阻抗特性，而且因屬橫型結構，電極間容量小，還具有優(yōu)越的高速開關特性。預計今后將成為(SJ)Si-MOSFET 強有力的競爭對手。
在汽車電動化(XEV)領域中，配置于驅動電機逆變器(inverter)上的，以及為提升蓄電池電壓的DC/DC變換器上的功率器件，現(xiàn)主要采用600v~1200v級的Si-IGBT(絕緣柵雙極晶體管)模塊。尤其最近，將原來其它芯片的IGBT與續(xù)流二極管(FWD)集成為1塊芯片的逆導通(RC)-IGBT，其發(fā)展很快，最后也已適合于電動汽車上應用。另方面，1200v級SiC-MOSFET對比Si-IGBT，導通阻抗低并能實現(xiàn)高速開關特性。據(jù)報道，其產(chǎn)生的損耗可減小到Si-IGBT 的60%以上。普及推廣SiC-MOSFET最需解決的課題是將成本下降。為此，先從SiC-MOSFET的設計技術著手，利用精細的溝道柵(trench-gate)結構，SiC使低導通阻抗的SiC-MOSFET芯片面積最小化。結果，可使1枚SiC薄片包含的元件數(shù)增多，且由于良品率的提高，可導致每一元件MOSFET的成本降低。同時最近，作為SiC-MOSFET上的FWD,安裝于SiC-SBD內(nèi)部的單芯片化SiC-MOSFET新結構已公布，這一新型元件，作為SiC逆變器回路內(nèi)的FWD，通過有效利用內(nèi)裝的SiC-SBD，不僅可降低逆回復損耗，且因能防止SiC二極管順向的電壓劣化而提高可靠性。此外，由于SiC逆變器回路內(nèi)半導體元件數(shù)的減少也可望降低成本。
全世界受新冠病毒沖擊后，由于遠程辦公和電子商務的迅速普及，呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)膨脹式增加的趨勢。把服務器置于數(shù)據(jù)中心和對5G基地裝置的需求正愈益擴展。此外，為防止地球升溫和污染排放的XEV化，對于人類是一個迫切的永恒課題。最近，美國加利福尼亞州已發(fā)布禁令，2035年州內(nèi)停止銷售汽油車新車等，故電動汽車的需求大增。如把服務器裝于數(shù)據(jù)中心的電源，及將高性能功率器件配置于XEV的話，由于低的耗電特性和大氣污染的排放小，則可實現(xiàn)CO2的削減，這對社會的影響極大。作為高性能的功率器件，SiC-SBD和GaN功率器件的研究開發(fā)正蓬勃盛行。
由于Si(硅)、SiC、甚至GaN等功率器件技術的進步，其成本性能(Cost-performance,性價比)在不斷提高，今后期待擴展的5G和XEV等電力電子(PE)領域中，進行SiC功率器件的技術革新，預計SiC存在感和附加值會越來越高。
本文介紹了SiC功率器件的最新技術，并闡述了SiC必須解決的有關課題。
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