半導(dǎo)體材料從以鍺（Ge）和硅（Si）為代表的第一代到以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）為代表的第二代，再到目前熱門(mén)的以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代，家族在不斷壯大。而在汽車(chē)領(lǐng)域，碳化硅將發(fā)揮怎樣的重要作用？

無(wú)論是過(guò)去還是現(xiàn)在，人類(lèi)對(duì)新材料探索的腳步便從未停止。我們用智慧一次又一次打破了自然界秩序的束縛，如造物主一般創(chuàng)造設(shè)計(jì)出聞所未聞見(jiàn)所未見(jiàn)的新材料，現(xiàn)代社會(huì)也因此發(fā)生了深刻而又全面的改變。

在天然環(huán)境下，碳化硅（SiC）幾乎不存在，人們只在46億年前形成的隕石中發(fā)現(xiàn)過(guò)其蹤跡。而如今，這位經(jīng)歷46億年時(shí)光之旅的“天外來(lái)客”已經(jīng)摘下了神秘的面紗，走進(jìn)人們的日常生活中。

硅基半導(dǎo)體陷入瓶頸，WBG接棒前行

任何元器件在其單位體積的功率轉(zhuǎn)換都有“天花板”，第一代和第二代半導(dǎo)體材料在輸出功率方面似乎已達(dá)極限。在過(guò)去50年中，硅（Si）功率元器件的出現(xiàn)為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)以及各類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展鋪平了道路。但硅材料器件性能提高的潛力愈來(lái)愈小。不少?gòu)S家為追求更高能效而被迫增大器件體積也實(shí)屬是無(wú)奈之舉。

禁帶寬度僅有1.12eV的硅材料半導(dǎo)體，在現(xiàn)代大功率應(yīng)用場(chǎng)景中已有些力不從心。而WBG（寬帶隙半導(dǎo)體）擁有著更高的臨界電場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)更薄、更高摻雜的電壓阻擋層，可使其在多數(shù)載流子架構(gòu)中將導(dǎo)通電阻降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。高擊穿電場(chǎng)和低導(dǎo)通損耗意味著WBG可以以更小的外形尺寸實(shí)現(xiàn)相同的阻斷電壓和導(dǎo)通電阻?？梢陨筛?、更快、更高效的器件，并在高壓、高溫的嚴(yán)酷環(huán)境中正常工作。也正因如此，集萬(wàn)千優(yōu)點(diǎn)于一身的WBG自然成為了各類(lèi)新興應(yīng)用的關(guān)鍵助燃劑。

電力電子領(lǐng)域從半導(dǎo)體工藝技術(shù)的創(chuàng)新中受益匪淺，以碳化硅為代表WBG材料半導(dǎo)體已經(jīng)開(kāi)始在各個(gè)領(lǐng)域中開(kāi)枝散葉。特別是在汽車(chē)電子領(lǐng)域中。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，能效至關(guān)重要，作為動(dòng)力總成系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，電動(dòng)汽車(chē)逆變器對(duì)功率密度有著與生俱來(lái)的高要求。車(chē)載功率半導(dǎo)體器件不僅是電動(dòng)汽車(chē)的機(jī)體組成，而且還承擔(dān)著降低成本、瘦身減重的重要使命。曾經(jīng)基于低損耗大功率Si IGBT模塊的高功率密度集成技術(shù)在車(chē)用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中扮演著無(wú)法取代的角色。

車(chē)企新寵——碳化硅

隨著系統(tǒng)輕量化和縮短充電時(shí)間的需求增加，人們對(duì)提高電壓和輸出功率的要求越來(lái)越高。與采用傳統(tǒng)的Si IGBT功率模塊相比，碳化硅功率元器件可將導(dǎo)通電阻降低到大約兩個(gè)數(shù)量級(jí)，在提高輸出功率的同時(shí)有效實(shí)現(xiàn)逆變器的小型化和輕量化，從而為設(shè)計(jì)師留下了更多的遐想空間。碳化硅功率器件在應(yīng)用于電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)時(shí)，還可以廣泛降低功率損耗，被公認(rèn)為是一種簡(jiǎn)單、優(yōu)雅且實(shí)用的功率器件。

碳化硅功率器件在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用，可以提升續(xù)航，縮短充電時(shí)間，加上原本的城市低速場(chǎng)景節(jié)能優(yōu)勢(shì)，使新能源車(chē)越發(fā)符合消費(fèi)者理想中的汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，碳化硅也并非完美無(wú)缺，相對(duì)較高的成本和較低的良率等問(wèn)題仍需要優(yōu)化解決。也正因如此，碳化硅半導(dǎo)體搭載于一些高端、高性能新能源車(chē)型上，欲想大面積普及，依然任重道遠(yuǎn)。

在碳中和浪潮之下，在后摩爾時(shí)代的今天，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體已成為眾多半導(dǎo)體巨頭們的“兵家必爭(zhēng)之地”。走到了聚光燈下碳化硅半導(dǎo)體，是名副其實(shí)的車(chē)用半導(dǎo)體明日之星。毫無(wú)疑問(wèn)，它有著光明的未來(lái)。

審核編輯：湯梓紅