首先看汽车方面,如上图所示,因为新能源汽车的火热,催生了 SiC 的需求。这也是一个 SiC 拥有巨大潜力的市场,尤其是在 OBC 充电方面。
据敬勇攀介绍,现在市场上已经提供了有 6.6KW - 22KW 等多种功率段的方案。而在这些方案的 FPC 侧,基本上都会用到 SiC 器件以提升方案效率;5KW 左右的 “小功率” 汽车充电领域,也会用到 SiC 产品来打造 DC-DC 转换器系统;在新能源汽车市场,牵引系统也会是 SiC 发力的又一个方向,例如特斯拉和比亚迪等厂商就会在其高端电动汽车的牵引系统上选择 SiC 方案,有助于提升其续航能力。
其次,与新能源汽车配套充电桩行业也是 SiC 能够发挥作用的又一个市场。而 Qorvo 现在更专注的是直流快充市场。在这个领域,企业基于 SiC 打造了涵盖 20KW、30KW 甚至 40KW 功率的单个模块。“现在国外有些厂商基于 800V 母线做出了 350KW 的充电方案,代表着可以在八分钟内就完成 400 公里续航充电。”敬勇攀举例说。此外,充电桩里的无线充电也是 SiC 可以发力的又一个方向。
第三,IT 市场的基础设施建设也让 SiC 有了用武之地。如 Qorvo 的器件可以用在图腾柱的 PFC 上,用做功率因素校准等。同时,小的 DCDC 也是 SiC 的应用方向;第四,如光伏逆变、能源再生和能源反馈市场也是 SiC 看上的又一个市场。
如下图所示,如果硅基器件要做到耐压 650V 或者更高时,其所需要的晶圆面积较大。作为对比,SiC 基的器件即使在打造 1000V 以上耐压的产品,其晶圆面积反而会较小。从下图右边硅、普通平面 SiC MOS 和 Qorvo (原 UnitedSiC ) 的 SiC Trench JFET 的漂移区厚度对比可以看到,Qorvo 的器件在尺寸上优势明显。
“如图所说,Qorvo 器件的漂移区厚度虽然和传统平面 SiC 器件的相仿,但因为 Qorvo 器件能把 die size 做得更小,这就让公司的器件拥有了更大的成本优势。这也是一直以来做的事情——把 SiC Trench JFET 和低压硅 MOS 集成到一起,做成现有的结构,使其在性能和成本上都能取得不错的表现。”敬勇攀在演讲中强调。
据敬勇攀总结,SiC 基器件拥有下面几点优势:
1. 与硅基器件相比,SiC 器件的导热性能是前者的三倍以上;
2. 与硅基器件相比,SiC 器件单 Si 面积内的耐受电压是前者的四倍;
3. 由于 SiC 器件的电子漂移率是硅基器件的十倍以上,因此对于给定的耐压值,其每平方毫米的 RdsA 变小,导通损耗也能做得更小;
4. 在不依赖于双极性传导时,SiC 具有更快的关闭速度和更低损耗;
中间的这种器件则是 Casecade 结构,由 JFET SiC 和作为驱动的低压 MOS 两部分构成。而这种设计的好处是其驱动可以做兼容式设计,可兼容 IGBT、硅基超级结 MOS 和通用 SiC MOS 的驱动,能在设计的过程中给工程师提供非常大的便利。得益于这些优势,这种器件能够应用在光伏、充电桩、OBC 和服务器电源等应用中。
最右边的设计则是一种双门级设计,其最明显的优势体现在使用者可以非常轻易地控制 SiC 的开关速度,应用范围也囊括了断路器和刹车等领域。在演讲中,敬勇攀还表示,这种双门级结构拥有两种不同的驱动模式,分别是基于 Cascode 的驱动和直接驱动。