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寬帶隙(WBG)半導體: 可靠的節能降耗解決方案

（2024年11月23日更新）

人們不懈追求減少能源轉化損失，提高能效，新的寬帶間隙 (WBG) 半導體是一種可靠的節能降耗解決方案，可以通過系統減少碳足跡來減少技術對環境的影響。例如，我們最新的 650 V、750 V 和 1,200 V STPOWER 系列碳化硅 MOSFET 晶體管允許設計師開發電動汽車動力動汽車動力系統。更高的能效可以大大簡化冷卻系統的設計。更小更輕的電子設備有助于最大限度地減輕汽車的重量。在相同的功率條件下，自重較輕的汽車可以跑得更遠。

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半導體汽車和分立器件產品部(ADG)Filippo Di Giovanni

意大利半導體的第三代碳化硅是我們的 STPOWERSiC MOSFET 為了更好地滿足電動汽車制造商在碳化硅設計的動力電機逆變器、車載充電機和 DC-DC 嚴格要求轉換器。在高端工業領域，我們的第三代碳化硅技術也可以解決充電樁等所有應用限制問題。第三代 STPOWERSiC MOSFET 與上一代相比，導通損耗和開關損耗都有所改善。導通電阻、柵極電荷和導通電阻的乘積是主要質量因素。與硅基 MOSFET 相比之下，改進幅度非常大，總損失降低高達 80%。目前全球都有 90 許多不同的項目使用第三代平面 STPOWER SiCMOSFET。選擇它們是因為這項技術大大提高了能效。從意大利半導體設計的角度來看，我們現在專注于下一次迭代，第四代碳化硅技術將進一步減少總損失，有助于進一步提高能源效率。

在 SiC 意大利半導體依靠與主要合作伙伴簽訂的戰略供應協議來購買晶圓，以維持制造活動的正常運行。同時，我們正在建立一個完全垂直的整合制造模式，以確保我們的供應鏈具有高穩定性和韌性，并整合我們收購的公司 Norstel AB(現已更名 ST SiC AB）襯底設計及生產業務。我們的既定目標是滿足我們所有的基本需求，直到 2024 年內部采購比例達到 40%。

氮化鎵 GaN 它是另一種重要的寬帶間隙半導體材料，在技術成熟度上略落后于碳化硅 SiC。然而，設備制造商繼續使用氮化鎵設計產品，主要用于開發電源適配器和無線充電器等大型市場產品。氮化鎵在汽車市場有著廣闊的應用前景，可用于開發下一代車載充電機和 DC-DC 轉換器。換句話說，第三代意法半導體SiC 領先于市場上現有的 GaN 技術。碳化硅適用于高壓和高功率應用領域，而氮化鎵更適用于高開關頻率的中低功率轉換器。

今天，GaN 它有效地解決了無線和有線充電器的市場需求。由于氮化鎵材料的特性，市場上出現了新一代薄而輕的材料 PC 適配器。其它有前途的應用包括太陽能逆變器等可再生能源。氮化鎵的高頻開關特性也可用于設計未來電動汽車的車載充電器和 DC-DC 轉換器。推出了意法半導體 650 V 開關管全系列產品為用戶提供多種不同的包裝選擇，部分產品內部寄生電感很小，可提高高頻開關的操作性能。這些優點還允許設計師選擇體積和重量較小的無源設備。2022 年底，100 V GaN 晶體管將上市，這些產品可用于 48 V 輕混汽車、數據中心和電信設備 DC-DC 轉換器。

未來 GaN 與硅共存多年，我們將繼續改傳統硅材料的低壓和高壓 MOSFET 和 IGBT 產品。例如，對于續航里程要求較低的城市通勤電動汽車，IGBT 就夠了，經濟劃算。另一方面，800 V 由于性能是電源總線運動型汽車的最終目標，因此最好使用 SiC。另一個例子是 5G 基站電源：意大利半導體超結 STPOWERMOSFET 該系列性價比好，非常適合此類應用。

(注:本文自轉載《IC2022年7月，代理商