为加速实现碳中和@@@@@@，正在@@实施各种电气化和@@节能化举措@@。
世界各国政府以及各行各业的@@企业正在@@共同努力@@，推进迈向碳中和@@@@的@@举措@@。人们正在@@从能够想到的@@多个角度实施脱碳措施@@，例如@@使用@@太阳能发电等可再生能源@@，让迄今为止@@燃烧化石燃料的@@设备@@实现电气化@@，降低家用电器@@、IT设备@@和@@工业电机等现有设备@@的@@功耗等等@@。随着越来越多的@@脱碳举措得到实施@@，有一个半导体领域的@@技术@@创新正在@@迅速加速@@。它就是功率半导体@@@@。
各个国家和@@地区已经开始将碳定价机制作为@@制度引入@@，以将与业务活动相关的@@温室气体排放转嫁到成本@@。因此@@，脱碳举措不仅具有为社会做贡献的@@重要意义@@，而且会对企业经营的@@成绩单@@——财务报表也会产生明显的@@数字影响@@。
脱碳举措对电子@@行业产生深远的@@影响@@，催生出势不可挡的@@新一轮半导体技术@@更替和@@成长@@，特别是在@@功率半导体@@领域@@，以碳化硅@@（SiC）和@@氮化镓@@@@（GaN）等宽禁带材料@@替代传统硅基@@器件@@。
人类为了能在@@未来减少温室气体排放@@，时隔半个世纪@@，半导体材料@@正面临全面变革@@！
进一步降低功耗@@，硅基@@器件遭遇瓶颈@@
功率半导体@@是起到对电气和@@电子@@设备@@运行所需的@@电力进行管理@@、控制和@@转换作用的@@半导体@@188足彩外围@@app 。它被嵌入功率电子@@电路当中@@，这些电路包括为家用电器和@@@@IT设备@@稳定提供驱动电力的@@电源电路@@、无浪费地传输和@@分配电力的@@电力转换电路以及通过可自由控制的@@扭矩和@@转速高效率地驱动电机的@@电路等@@。
功率半导体@@有@@MOSFET、IGBT、二极管等各种@@188足彩外围@@app 结构@@，根据用途分别使用@@@@。其中@@，
MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）
即金属@@氧化物半导体场效应晶体管是一种起到电气开关作用的@@场效应晶体管@@。它由@@3层组成@@：金属@@、氧化物和@@半导体@@，通过向称为栅极的@@电极施加电压来进行打开和@@关闭电流的@@动作@@。
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）
即绝缘栅双极晶体管@@，是具有将@@MOSFET和@@双极晶体管组合后的@@结构@@的@@晶体管@@。其特点是同时具有@@MOSFET的@@高速动作和@@双极晶体管的@@高耐电压@@、低导通电阻的@@特点@@。
尽管结构@@不同@@，半个多世纪以来一直使用@@硅@@（Si）作为@@188足彩外围@@app 材料@@。这是因为@@Si具有良好的@@电气特性@@，同时具有易于加工成多种@@188足彩外围@@app 结构@@的@@特性@@。
然而@@，目前@@Si基@@功率半导体@@已无法满足进一步降低多种电气和@@电子@@设备@@功耗所需的@@高水平技术@@要求@@。为了克服这一瓶颈况@@，比@@Si更适合作为@@功率半导体@@材料@@的@@碳化硅@@（SiC）和@@氮化镓@@@@（GaN）等新材料@@的@@使用@@范围正在@@不断扩大@@。
SiC和@@GaN在@@击穿电场强度@@（影响耐电压@@）、迁移率@@（影响动作速度@@）和@@热导率@@（影响可靠性@@）等多个物理特性上具有适合功率半导体@@的@@特点@@。如果能够开发出发挥@@其出众特性的@@器件@@，就能制造出具有更高性能的@@功率半导体@@@@。
今天@@，基@@于@@SiC的@@MOSFET和@@二极管已经实现了产品化@@，并已用于电动汽车电机驱动逆变器和@@太阳能发电功率调节器中的@@@@DC/AC转换器@@等@@。
基@@于@@GaN的@@HEMT（High Electron Mobility Transistor）也已实现产品化@@。HEMT是一种高电子@@迁移率@@的@@场效应晶体管@@，能通过连接不同性质的@@半导体并诱导高迁移率@@电子@@来实现高速开关@@。目前@@，氮化镓@@HEMT已用于超小型@@PC的@@AC转换器@@和@@智能手机充电器等@@。
然而@@，要充分发挥@@出@@SiC/GaN的@@潜力@@@@，离不开电容器和@@电感器等无源@@@@188足彩外围@@app 的@@同步发展@@。
发挥@@SiC/GaN潜力@@，无源@@188足彩外围@@app 不可或@@缺@@
仅通过单纯地替换现有电力电子@@电路中的@@@@Si基@@188足彩外围@@app
无法充分发挥@@基@@于@@新材料@@制造的@@功率半导体@@的@@潜力@@@@@@。这是因为@@组成电力电子@@电路的@@其他半导体@@IC、无源@@188足彩外围@@app
甚至控制软件都是在@@以使用@@@@Si基@@功率半导体@@为前提的@@情况下开发和@@选择的@@@@。为了有效利用@@基@@于@@新材料@@的@@功率半导体@@@@，这些周边@@188足彩外围@@app
也需要重新开发和@@重新选择@@。
使用@@GaN基@@功率半导体@@的@@@@AC/DC转换器@@（用于数据中心服务器等@@）电路示例@@
例如@@，在@@采用@@了为降低数据中心服务器的@@功耗而引进的@@@@GaN HEMT的@@AC/DC 转换器@@电路中@@，使用@@了多个@@GaN HEMT（上图@@）。
利用@@GaN HEMT可以在@@高电压时进行高速开关的@@特性@@，可以提高@@功率电子@@电路的@@开关频率@@（动作频率@@）。在@@动作频率@@较高的@@电路中@@，电路中内置的@@电容器和@@电抗器信号处理电路中的@@电感器的@@电抗值可以很小@@。一般来说@@，低电抗@@188足彩外围@@app 的@@尺寸较小@@，因此@@可以让电路板更小并提高@@功率密度@@。同样@@，在@@驱动电动汽车的@@电机的@@逆变器电路等当中也可以通过引入@@SiC MOSFET实现周边@@188足彩外围@@app 小型化@@，进而实现逆变器电路整体的@@小型化@@和@@轻量化@@。
另一方面@@，在@@高电压时进行高速开关的@@电源会产生高水平的@@噪声@@，这可能会对周边设备@@的@@动作产生不利影响@@。采用@@SiC或@@GaN功率半导体@@构建的@@电源在@@更高频率下进行开关@@，所以进一步增加了风险@@。因此@@，需要比@@使用@@以前的@@电力电子@@电路时更加严格的@@噪声对策@@。在@@这种情况下@@，需要使用@@设计用于高电压@@、大电流和@@高频电路的@@静噪@@188足彩外围@@app ，而不是用于以前的@@电路的@@静噪@@188足彩外围@@app 。
除此之外@@，对于在@@无源@@@@188足彩外围@@app 当中也属于特别笨重的@@@@188足彩外围@@app 的@@变压器@@，也需要在@@更高频率下工作的@@小型变压器@@。现在@@已经开发出了以使用@@基@@于@@@@SiC和@@GaN的@@功率半导体@@为前提的@@薄型平面变压器等@@，并且已经投入市场@@。
不仅关注功率半导体@@@@，关注周边@@188足彩外围@@app 的@@进步同样@@重要@@！
迄今为止@@，多种类型的@@半导体@@（不仅仅是功率半导体@@@@）都是使用@@以@@Si为基@@础制成的@@@@。因此@@，许多现有的@@电子@@@@188足彩外围@@app
都默认是以与@@Si基@@半导体组合使用@@为前提进行开发的@@@@。为了充分发挥@@采用@@新材料@@制成的@@功率半导体@@的@@效果@@，不仅需要在@@现有@@188足彩外围@@app
中寻找更好的@@@@188足彩外围@@app
，而且可能需要开发满足新技术@@要求的@@新@@188足彩外围@@app
。
按@@188足彩外围@@app 材料@@和@@结构@@划分的@@功率半导体@@分布@@
一般来说@@，在@@Si基@@功率半导体@@中@@，呈现可以应对更高电压和@@更大电流的@@@@188足彩外围@@app 的@@动作速度更低的@@趋势@@（上图@@）。因此@@，能够应对高电压和@@大电流的@@小型电容器和@@电抗器并不齐全@@。
此外@@，在@@能够在@@高温下稳定工作的@@@@SiC基@@功率半导体@@当中@@，有将散热系统简化以减小尺寸和@@重量并降低成本的@@趋势@@。在@@这些情况下@@，无源@@188足彩外围@@app 在@@高温环境下也需要确保高可靠性@@。
在@@功率半导体@@领域引入新材料@@是对半个多世纪以来针对@@Si材料@@进行优化的@@电气电子@@生态系统进行根本性变革的@@重大动向@@。针对新材料@@进行优化的@@周边电子@@@@188足彩外围@@app 的@@进步也非常值得关注@@。
文章来源@@：Murata村田中国@@