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　　SiC和GaN被稱(chēng)為“寬帶隙半導(dǎo)體”(WBG)，因?yàn)閷⑦@些材料的電子從價(jià)帶炸毀到導(dǎo)帶所需的能量：而在硅的情況下，該能量為1.1eV，SiC（碳化硅）為3.3eV，GaN（氮化鎵）為3.4eV。這導(dǎo)致了更高的適用擊穿電壓，在某些應(yīng)用中可以達(dá)到1200-1700V。

　　寬禁帶半導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)

　　極低的內(nèi)阻，與硅等效器件相比，效率提高高達(dá)70%

　　低電阻提高了熱性能（隨著最高工作溫度的提高）和散熱，以及可獲得的功率密度

　　與硅同等產(chǎn)品相比，散熱優(yōu)化允許使用更簡(jiǎn)單的封裝、顯著減小尺寸和減輕重量

　　非常短的關(guān)斷時(shí)間（在GaN的情況下接近于零）允許使用非常高的開(kāi)關(guān)頻率以及達(dá)到的較低溫度

　　經(jīng)典電力電子器件中使用的所有類(lèi)型的器件都可以用寬帶隙半導(dǎo)體器件制成。此外，經(jīng)典的硅器件在許多應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了極限。鑒于這些前提，很明顯，寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)是電力電子未來(lái)的基礎(chǔ)，并為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的新可能性奠定了基礎(chǔ)。

　　氮化鎵與碳化硅

　　每種類(lèi)型的器件（無(wú)論是硅器件還是新型寬帶隙）根據(jù)應(yīng)用類(lèi)型所需的功率和頻率性能都有其市場(chǎng)份額。

　　盡管在概念層面上有相似之處，但SiC和GaN組件不可互換，而是根據(jù)其運(yùn)行系統(tǒng)內(nèi)的使用參數(shù)而有所不同。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　特別是SiC器件可以承受更高的電壓，高達(dá)1200V以上，而GaN器件可以承受更低的電壓和功率密度；另一方面，由于GaN器件的關(guān)斷時(shí)間幾乎為零（與MOSFET Si的50V/s相比，電子遷移率較高，因此dV/dt大于100V/s），這些器件可用于非常廣泛的領(lǐng)域。高頻應(yīng)用，具有前所未有的效率和性能。這種理想的正特性可能被證明是不方便的：如果組件的寄生電容不接近于零，則可能會(huì)產(chǎn)生數(shù)十安培的電流尖峰，這可能會(huì)在電磁兼容性測(cè)試階段引起問(wèn)題。

　　SiC在所使用的封裝上具有更多優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榭梢圆捎肨O-247和TO-220，從而可以用新型SiC快速替換IGBT和MOSFET，而GaN在SMD封裝（更輕、更輕）方面具有更好的效果。小但歸入新項(xiàng)目）。

　　常見(jiàn)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　另一方面，這兩類(lèi)器件的共同挑戰(zhàn)與柵極驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)和構(gòu)造有關(guān)，能夠充分利用組件的特定特性，同時(shí)注意寄生組件（必須在設(shè)計(jì)中將其最小化）。為了避免性能變?nèi)酰┖瓦m用電壓水平（希望與用于驅(qū)動(dòng)經(jīng)典硅元件的電壓水平相似）。

　　成本差異

　　就成本而言，SiC器件現(xiàn)在更便宜且更受歡迎，這也是因?yàn)樗鼈兪窃贕aN之前制造的。然而，不難想象，成本僅部分與生產(chǎn)過(guò)程和市場(chǎng)需求相關(guān)，這就是市場(chǎng)價(jià)格可能趨于平緩的原因。

　　由于GaN襯底的生產(chǎn)成本較高，使用GaN“溝道”的器件采用Si襯底。近幾個(gè)月來(lái)，瑞典林雪平大學(xué)與其子公司SweGaN合作，按照使用SiC襯底和新晶圓生長(zhǎng)工藝（稱(chēng)為變晶異質(zhì)外延，可防止結(jié)構(gòu)缺陷的存在）的想法進(jìn)行了一些研究，從而獲得與SiC器件相當(dāng)?shù)淖畲箅妷海軌蛟赟i上GaN的頻率下工作。這項(xiàng)研究還強(qiáng)調(diào)了采用這種機(jī)制如何能夠改進(jìn)熱管理、超過(guò)3kV的垂直擊穿電壓，以及與當(dāng)今的解決方案相比，導(dǎo)通狀態(tài)下的電阻小于一個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　應(yīng)用領(lǐng)域及市場(chǎng)份額

　　WBG器件的應(yīng)用領(lǐng)域仍然是一個(gè)小眾領(lǐng)域，研發(fā)部門(mén)仍然需要更好地了解如何充分發(fā)揮其潛力。最大的新技術(shù)市場(chǎng)是二極管市場(chǎng)，但WBG預(yù)計(jì)將在未來(lái)5年內(nèi)涌入晶體管市場(chǎng)。

　　可能的應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始被假設(shè)，預(yù)測(cè)顯示電動(dòng)汽車(chē)、電信和消費(fèi)市場(chǎng)是最有可能的。

　　根據(jù)銷(xiāo)售預(yù)測(cè)，最賺錢(qián)的市場(chǎng)將是涉及電動(dòng)汽車(chē)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)的市場(chǎng)，其中寬帶隙將用于逆變器、車(chē)載充電設(shè)備（OBC）和防碰撞系統(tǒng)（LiDAR），這一點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，考慮到新設(shè)備的熱特性和效率與優(yōu)化蓄電池性能的要求相匹配。

　　在電信方面，5G的作用將成為WBG的驅(qū)動(dòng)力，其將安裝的數(shù)百萬(wàn)個(gè)站點(diǎn)將需要更高的能源效率，并且也將變得更小、更輕，從而顯著提高性能并降低成本。

　　消費(fèi)市場(chǎng)也將涉及新設(shè)備的大量使用。由于移動(dòng)設(shè)備的不斷普及以及快速充電的需求，無(wú)線(xiàn)充電和充電設(shè)備將受到主要影響。

審核編輯：劉清