“三高”SiC，新能源汽車應用將現高增長

在2018年11月6日至8日于上海舉行的中國汽車工程學會年會暨展覽會上，全球知名半導體制造商Rom推出了多款新產品。在同時舉行的“新能源汽車和混合動力技術分論壇”上，羅馬半導體有限公司有限公司設計中心主任Takaki Mihara先生就“SiC新能源汽車解決方案”發表了主題演講。會后，水原德健還就碳化硅在汽車行業的應用優勢和趨勢等話題接受了汽車制動網的獨家采訪。

水原德建在“中國汽車工程學會年會暨展覽會”上致辭。業內人士都知道，半導體行業的發展經歷了三個階段，以硅為代表的第一代半導體材料；第二代半導體材料砷化鎵也得到了廣泛的應用；

第三代半導體材料由寬帶隙表示，例如氮化鎵、碳化硅和氧化鋅。與前兩代產品相比，第三代半導體材料具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高導熱性、高電子密度、高遷移率等特點，非常適合制作高溫、高頻、抗輻射和大功率器件。第三代半導體材料SiC的“三高”。據Takashi Suhara介紹，與硅材料相比，第三代SiC具有“三高”等綜合優勢。在耐高溫方面，SiC材料可以達到250℃，比Si高出50℃。通過使用SiC材料，器件的散熱板可以設計得更小，外觀更緊湊。就耐高壓性而言，硅材料的瓶頸在900V左右。盡管它可以在1200V甚至1500V下工作，但其性能特性可能會下降。如果要達到1700V或以上，必須使用第三代SiC材料。因為SiC材料的擊穿場強指數幾乎可以達到Si的10倍。在滿足高頻響應方面，SiC材料具有更快的開關速度，使器件內部的電阻器、電感器和線圈能夠以更小、更緊湊的尺寸滿足系統要求。其中，線圈的尺寸可以減小到其原始尺寸的1/10。

當滿足等效性能特性的要求時，具有高溫、高壓和高頻優勢的SiC材料制成的功率器件可以比Si更薄、更輕、更小。水原德建表示，當滿足相同性能特性時，并且高頻優勢可以比Si更薄、更輕、更小。毫無疑問，SiC材料的“三高”特性完美地滿足了新能源汽車的應用需求。就目前SiC材料的發展而言，其在新能源汽車中的主要應用包括：車載充電器、DC/DC電壓轉換器、主機逆變器和無線充電。他預測，使用碳化硅的功率器件預計將在2022年實現爆炸式增長。同時，車載充電器采用碳化硅材料，可以實現更高的充電效率和更長的續航里程。在活動中，羅姆展示了他與E級方程式車隊文丘里車隊合作取得的技術成就示意圖。水原德健表示，雙方的合作很早就開始了，從2016年第三季開始。近年來，E級方程式賽車電驅動主逆變器的應用進展也驗證了SiC元件的性能優勢。例如，在功率為200kW的情況下，與第二季的傳統逆變器相比，第三季使用SiC材料使總重量減少了2kg，尺寸減少了19%。在第四季中，使用了帶有所有SiC模塊的主逆變器，與第二季相比，重量減輕了6公斤，體積減少了43%。

Formula-E宣傳海報SiC材料的現場展示顯示了新能源汽車應用的驚人增長。據權威機構統計，2017年，Rom在SiC市場排名前三，與前兩名的市場份額非常接近。在采訪中，三原隆詳細介紹了羅馬碳化硅的發展歷史。他說，早在2002年，公司就開始了SiC材料的基礎研發。2009年，它收購了德國的碳化硅晶片供應商SiCrystal。2010年，它改進并建立了Rom在SiC器件領域的一站式生產系統。Rom的第一代肖特基勢壘二極管大規模生產，是日本第一家、世界第四家擁有此類大規模生產能力的半導體制造商。同年12月，Rom成為世界上第一家大規模生產SiC MOSFET的公司。2012年，羅馬碳化硅的全模塊產品開始批量生產。2015年，具有創新凹槽結構的第二代SiC MOSFET投入生產。與使用平面結構的第一代產品相比，第二代產品具有更小的芯片尺寸和更低的導通電阻，從而使器件具有更大的電流。最新的第三代SiC功率器件也開始批量生產……

2017年11月。談到SiC的全球應用概述，Suhara Dejian表示，自2013年以來，SiC材料已逐漸被使用。目前，SiC材料主要應用于這四大市場：風電、太陽能等綠色能源領域；服務器等信息和通信行業；新能源汽車；工業控制。他承認，由于成本較高的限制，SiC材料在新能源汽車中的應用除了個別車型外，尚未得到廣泛推廣。然而，展望未來，新能源汽車的應用增長最快。根據最新的行業統計和預測，SiC材料的全球市場規模將從2017年的4億美元迅速增長到2025年的16億美元，樂觀的預測甚至達到34億美元。水原德建透露，為了抓住SiC材料快速增長的機會，Rom計劃分批投資600億日元，到2025年將SiC產能提高到2017年的16倍。力爭到2025年，在全球碳化硅市場上實現30%的市場份額。

羅馬半導體有限公司有限公司設計中心主任Takashi Suhara

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