Vor einigen Tagen diskutierten Herr Chen Ziying, Marketing Director der Infineon Industrial Power Control Division, Greater China, und Herr Cheng Wentao, Infineon Technology Power and Sensing Division, Application Marketing Director Greater China, über den Wert von Halbleitern der dritten Generation Technologie und industrielle Entwicklung im Medieninterview. Vertiefte Interpretation von Technologie und Technologietrends.
In der Post-Moor-Ära verfolgt die menschliche Gesellschaft einerseits die Verbesserung der Lebensqualität mit Technologien wie dem Internet of Everything, Künstlicher Intelligenz, Big Data, Smart Cities und Intelligent Transportation und dem Tempo der Entwicklung beschleunigt sich. Andererseits ist die Verbesserung der globalen Klimabedingungen durch ein kohlenstoffarmes Leben zunehmend zum Konsens aller geworden.
Derzeit entfällt etwa ein Drittel des weltweiten Energiebedarfs auf den Strombedarf. Der steigende Energiebedarf, die allmähliche Erschöpfung der fossilen Brennstoffressourcen und der Klimawandel erfordern eine intelligentere und effizientere Energieerzeugung, -übertragung und -verteilung. , Lagerung und Verwendung.
In der gesamten Energieumwandlungskette kann das Energieeinsparpotenzial der Halbleitertechnologie der dritten Generation einen großen Beitrag zur Erreichung langfristiger globaler Energiesparziele leisten. Darüber hinaus tragen Produkte und Lösungen mit großer Bandlücke dazu bei, die Effizienz zu verbessern, die Dichte zu erhöhen, die Größe zu reduzieren, das Gewicht zu reduzieren und die Gesamtkosten zu senken. Daher werden sie in Transport, Rechenzentren, intelligenten Gebäuden, Haushaltsgeräten, persönlichen elektronischen Geräten usw. weit verbreitet sein. Sie tragen zur Verbesserung der Energieeffizienz in den Anwendungsszenarien bei.
Beispielsweise wurde bei der Anwendung von leistungselektronischen Systemen erwartet, dass Hochgeschwindigkeits-Leistungsvorrichtungen mit Spannungsfestigkeiten über 1200 V auftauchen. Solche Bauelemente sind heute's Nicht-SiC-MOSFETs. Der Silizium-MOSFET wird hauptsächlich im niedrigen und mittleren Leistungsbereich unter 650 V verwendet.
Neben der hohen Geschwindigkeit weist Siliziumkarbid auch die Eigenschaften einer hohen Wärmeleitfähigkeit, einer hohen Durchschlagsfeldstärke, einer hohen Driftrate der gesättigten Elektronen usw. auf und eignet sich besonders für Anwendungen, die hohe Temperaturen, hohe Leistung, hohen Druck und hohe Frequenz erfordern und raue Bedingungen wie Strahlungsbeständigkeit. .
Die Leistungsdichte ist ein weiterer wichtiger Aspekt des Wertes der Gerätetechnologie. Die Chipfläche von SiC-MOSFETs ist viel kleiner als die von IGBT. Zum Beispiel beträgt die Größe eines 100A/1200V SiC-MOSFET etwa ein Fünftel der Summe von IGBT und Freilaufdiode. Daher kann der Wert von SiC-MOSFETs in Anwendungen mit hoher Leistungsdichte und Hochgeschwindigkeits-Motorantrieben, einschließlich 650-V-SiC-MOSFETs, gut widergespiegelt werden.
In Bezug auf die Hochspannungsfestigkeit können Hochspannungs-SiC-Hochgeschwindigkeitsbauelemente über 1200 V die Systemleistung und die Systemleistungsdichte verbessern, indem die Schaltfrequenz des Systems erhöht wird. Hier zwei Beispiele:
· Für das Netzteil der DC-Ladesäule von Elektrofahrzeugen müssen bei Verwendung von Si-MOSFETs zweistufige LLCs in Reihe geschaltet werden, und die Schaltung ist kompliziert. Bei Verwendung eines SiC-MOSFET kann ein einstufiger LLC realisiert werden, was die Einzelleistung des Leistungsteils der Ladesäule stark erhöht.
· Für die Flyback-Stromversorgung in einem Dreiphasensystem ist der 1700V SiC MOSFET ebenfalls eine perfekte Lösung. Im Vergleich zu 1500V Silizium-MOSFET kann der Verlust um 50% reduziert und der Wirkungsgrad um 2,5% gesteigert werden.
In Bezug auf Zuverlässigkeit und Qualitätssicherung gibt es zwei Arten von SiC-Bauelementen: Planar-Gate und Trench-Gate. Der Trench-Gate-SiC-MOSFET von Infineon kann das Problem der Gate-Oxid-Zuverlässigkeit des planaren Gates gut vermeiden, und die Leistungsdichte ist ebenfalls höher.
Gerade wegen dieser hervorragenden Eigenschaften des SiC-MOSFET findet er entsprechende Anwendungen in Photovoltaik-Wechselrichtern, USV, ESS, Elektrofahrzeugaufladung, Brennstoffzellen, Motorantrieben und Elektrofahrzeugen.
Wird Siliziumkarbid jedoch die ultimative Lösung für alle Anwendungen?
Wie wir alle wissen, hat die IGBT-Technologie, ein Vertreter der siliziumbasierten Leistungshalbleiter, einige Schwierigkeiten, die Leistung weiter zu verbessern. Der Schaltverlust und die Reduzierung des Leitungssättigungsspannungsabfalls sind gegenseitig begrenzt, und der Raum für die Reduzierung von Verlusten und die Verbesserung der Effizienz wird immer kleiner, sodass die Industrie begonnen hat, zu hoffen, dass SiC eine bahnbrechende Technologie werden kann. Diese Ansicht ist jedoch nicht sehr umfassend. Vor allem die von Infineon vertretene Technologie der siliziumbasierten IGBTs schreitet ebenfalls voran. TRENCHSTOP™5 und IGBT7 mit Mikrograbentechnologie sind neue Meilensteine. Mit der Weiterentwicklung der Gehäusetechnologie steigen die Leistung und Leistungsdichte von IGBT-Bauelementen. Höher. Gleichzeitig können Produkte, die für unterschiedliche Anwendungen entwickelt wurden, speziell optimiert werden, um die Leistung von Silizium-Bauelementen im System zu verbessern und dadurch die Systemleistung und Kosteneffizienz zu verbessern. Daher muss der Entwicklungsprozess von Halbleitern der dritten Generation von Siliziumbauelementen begleitet werden. Gleichzeitig mit der Entwicklung der Technologie werden auch Überlegungen zu groß angelegten kommerziellen Wertfaktoren für verschiedene Anwendungen angestellt. Es wird erwartet, dass die Geräte der dritten Generation bald in allen Anwendungen zum Einsatz kommen. Es ist unrealistisch, Siliziumgeräte in der Szene zu ersetzen.
