如今@@，大多数半导体@@都是以硅@@（Si）为基材料@@，但近年来@@，一个相对新的半导体@@基材料正成为头条金博宝娱乐@@@@ 。这种材料就是碳化硅@@@@，也称为@@SiC。目前@@，SiC主要应用于@@MOSFET和肖特基二极管@@等半导体@@技术@@@@。
SiC相较于@@Si的优势@@是什么@@？
在@@根本上@@，碳化硅@@（SiC）被视为宽禁带半导体@@@@，相较于@@传统的@@Si半导体@@，具有固有的优势@@@@。SiC的材料特性导致了以下较高的优点@@：
1. 突破场@@
2. 电子@@漂移速度@@
3. 热导率@@
突破场@@
更高的突破场@@使@@得器件能够承受更高的电压@@，同时保持相同的面积@@。这使@@得器件设计者可以增加用于电流流动的面积@@，从而@@降低单位面积的电阻@@，即@@Rsp。器件的电阻直接影响导电损耗@@，因此更小@@的@@Rsp将导致更低的损耗@@，从而@@提高@@效率@@。
电子@@漂移速度@@
电子@@漂移速度@@指电子@@在@@电场作用下在@@材料中移动的速度@@。在@@SiC半导体@@中@@，电子@@漂移速度@@是@@Si基半导体@@的两倍@@。电子@@移动得越快@@，器件切换的速度就越快@@。由此快速切换带来两个好处@@：一是在@@开关过程中的功率损耗较低@@，二是更高的切换频率允许使@@用更小@@的磁性@@188足彩外围@@app 和电容器@@。
热导率@@
SiC的热导率@@大约是@@Si的三倍@@，它将其他特性的优点相互联系在@@一起@@。热导率@@决定了热量从半导体@@结到外部环境的传递速度@@。这意味着@@SiC器件可以在@@高达@@200°C的温度下运行@@，而@@Si通常限制在@@@@150°C。
结合这三个优势@@@@，系统设计者可以设计出更高效的产品@@，同时使@@其更小@@@@、更轻@@，最终降低成本@@@@。尽管众所周知@@SiC器件相较于@@@@Si等效器件更昂贵@@，但使@@用更小@@的被动@@188足彩外围@@app
和较少的热管理可以降低整体系统成本@@约@@20%。碳化硅@@的材料特性使@@其在@@高功率应用中非常有优势@@@@，特别是需要高电压@@、高电流@@、高温度和高热导率@@以及整体重量较小的领域@@。MOSFET和肖特基二极管@@（在@@离散和功率模块封装中@@）是主要应用@@SiC的技术@@@@。
碳化硅@@的实际应用优势@@@@
碳化硅@@正在@@被广泛应用于多个领域@@，例如电动汽车@@、太阳能逆变器@@@@、能量储存系统和电动汽车充电@@站@@。它为系统设计者和制造商带来了多重优势@@@@，那么这些优势@@又如何转化为最终产品的消费者的好处呢@@？
首先@@，让我们来看看电动汽车@@（EV）。限制广泛采用@@EV的主要原因是续航焦虑@@。通过@@使@@用碳化硅@@@@，EV的续航里程可以增加超过@@7％。仅仅通过@@从@@IGBT逆变器@@转换为@@SiC逆变器@@，就可以对续航里程产生显著影响@@。优势@@并未止于此@@。SiC的应用还解决了@@EV采用的挑战@@：成本@@。EV中最昂贵的部分是电池@@。如果使@@用@@SiC使@@EV的续航里程增加@@7％，同时保持续航里程与@@非@@SiC基准相当@@，还可以使@@电池容量减少@@7％。更小@@的电池组将直接导致@@EV的总体成本@@降低@@。这就是为什么@@SiC在@@EV中应用如此强大@@@@，并且正推动@@SiC制造商的大额收入预测@@。
与@@EV相关的还有@@EV充电@@站及其充电@@基础设施的建设@@。在@@EV充电@@站的情况下@@，一个主要考虑因素是功率密度@@。在@@这方面@@，碳化硅@@起到了作用@@，使@@系统设计者能够在@@相同体积内传输更多功率@@，或@@者保持功率不变@@，同时将体积减少@@300％。在@@相同体积内提供更多功率是使@@用碳化硅@@用于@@EV充电@@站的主要驱动力@@。目标是使@@充电@@站能够在@@与@@人在@@加油站@@停留的时间相同的时间内为@@EV充电@@。这只有通过@@增加充电@@站向@@EV传送的功率来实现@@。
碳化硅@@还通过@@制造更小@@@@、更轻@@的太阳能逆变器@@@@@@，有助于可再生能源市场@@。利用@@SiC所能实现的更快的切换频率@@，太阳能逆变器@@@@可以使@@用更小@@@@、更轻@@的磁性@@188足彩外围@@app 。根据功率级别的不同@@，太阳能逆变器@@@@的重量可以小于五十磅@@。五十磅是由职业安全与@@健康管理局@@（OSHA）规定的个人最大举重限制@@。超过五十磅的举重设备@@需要两个或@@更多人@@，或@@者使@@用举升设备@@@@。通过@@创建一个更轻@@的太阳能逆变器@@@@@@@@，组织只需要@@一个人进行安装@@。这降低了安装成本@@@@，对于安装人员和消费者而@@言更具吸引力@@。这种优势@@同样适用于壁式@@EV充电@@器@@。当然@@，使@@用碳化硅@@在@@太阳能逆变器@@@@中还有其他实际好处@@，例如整体效率提升和系统成本@@降低@@。
工业电机驱动也因转换至@@SiC而@@受益@@。碳化硅@@提供了电机逆变器@@的效率改进@@、尺寸缩小和散热增强@@，从而@@使@@电机驱动可以本地安装或@@安装在@@电机本身上@@。这降低了对多个长电缆返回电源柜的需求@@，而@@使@@用@@Si IGBT的解决方案@@需要数百英尺昂贵且复杂的电缆@@。通过@@SiC解决方案@@，只需要@@2条电缆连接至电源柜@@。这消除了数百英尺昂贵且复杂的电缆@@，对于七电机伸缩机械臂等示例中使@@用@@SiC的解决方案@@而@@言@@，这将大大节省成本@@@@。
用碳化硅@@推动世界向脱碳发展@@
电动汽车通过@@直接减少由交通运输产生的二氧化碳排放量@@，为脱碳做出贡献@@。电动汽车没有尾气排放@@，但它们消耗的电力来自@@二氧化碳排放源@@。加入这些排放量后@@，美国能源部平均将电动汽车的年排放量约为@@2,817磅二氧化碳@@，而@@使@@用@@汽油的汽车则为@@12,594磅二氧化碳@@。这意味着@@大气中排放的二氧化碳量减少了@@78%。
电动汽车充电@@站对脱碳没有直接影响@@，但如果没有牢固的直流快速充电@@站基础设施@@，电动汽车的普及将受到限制@@。续航焦虑仍然是影响电动汽车普及的重要原因@@。90%的美国家庭拥有一辆电动汽车@@，而@@其它车辆很可能不是电动汽车@@。这些数据突显出消费者对电动汽车能否满足所有需求@@，特别是长途旅行的信心不足@@。
自@@2009年以来@@，光伏太阳能发电的成本@@下降了近@@90％，使@@其成为@@2020年时以@@37美元@@/兆瓦时@@的最低成本@@能源发电来源@@。相比之下@@，煤炭的成本@@为@@112美元@@/兆瓦时@@，天然气为@@59美元@@/兆瓦时@@。太阳能使@@世界能够以零二氧化碳排放的方式产生能源@@，同时成本@@又是其他能源来源的最低@@。碳化硅@@不能完全归功于这种成本@@降低@@，但它是太阳能发电成本@@降低的一个原因@@。
世界正朝着更多地使@@用电能发展@@，因此改进消耗电能设备@@的效率非常重要@@。电动机占据了世界电力消耗的@@40-50％。将这些电动机设计得高效率至关重要@@，因为即@@使@@是小幅度的效率提高@@@@，也会因全球大量电动机的使@@用而@@得到放大@@。
碳化硅@@不仅加速了现有应用领域的脱碳进程@@，还推动了之前不可行的应用领域@@。其中一个例子是电动垂直起降@@（eVTOL）飞行器@@。就像碳化硅@@为电动汽车提供了续航里程一样@@，它也为@@eVTOL提供了延长的续航里程@@，使@@其更具实用性@@。
碳化硅@@半导体@@通过@@使@@终端系统更高效@@、可靠@@、强大@@、更小@@、更轻@@和整体成本@@更低@@，有助于加速这些应用的采用@@。
本文转载自@@@@：Arrow Solution微信公众号@@