はじめに：窒化ガリウム（GaN）と炭化ケイ素（SiC）は、第3世代半導体として優れた材料特性を有しており、パワーエレクトロニクスデバイスの性能向上に大きな可能性をもたらします。電源システムの最も基本的な半導体部品であるSiCパワーデバイスは、電気自動車、高速鉄道、太陽光発電や風力発電の系統連系、UPS無停電電源装置、電磁波放出など、軍事および民生用途の幅広い分野で電力効率とエネルギー効率を大幅に向上させ、新エネルギー市場で新たな人気を集めています。    
           

開始前のチャット

第三世代ハーフパワーデバイスの重要性は、出力の向上、効率の向上、小型化であり、これは避けて通れない。国は徐々に半導体分野に注目しており、資本市場も注目し始めている。特に進行中の貿易戦争では、パワーデバイスの自主生産の重要性を誰もがより一層認識している。ゲームでアーティファクトを合成するために必要な装備のように、パワーデバイスの要素は、いかなる場合でも避けて通れない話題である。今日、第三世代ハーフパワーデバイス分野では、国内のチームも出現し、非常に活発である。その中でも、Pinejie社は優れた性能を持つ炭化ケイ素パワーデバイスを生産している。  
SiCの優れた性能に関する側面について、正式に議論してみましょう。  
           

電力機器の損失値

電力デバイスの性能を示す重要な指標は、総損失に他ならず、これは2つの部分から構成されます。1つは伝導損失（伝導損失）1つはスイッチング損失（スイッチング損失）。言い換えれば、損失が低いほど効率が高くなり、結果として小型化、高効率化、軽量化が実現し、現代のアプリケーションニーズにより適したものとなります。例えば、テスラ モデル3の価格を約250,000万ドルまで引き下げることができた重要な理由の一つは、SiCソリューションを採用したことにあります。これにより、バッテリー性能が向上し、サイズと重量が削減され、結果として他のコストも削減されました。

アプリケーションベンダーや資本関係者が、パワー半導体デバイスとその主要パラメータが業界でどのように比較・評価されているかを理解できるよう、以下では各社のSiC MOSFETデバイス製品を横断的に比較し、それぞれの技術的な長所と短所について簡単に解説します。  
           

                           派恩杰パラメータ领先

旧世代のパワーエレクトロニクスアプリケーションでは、スイッチング周波数が低いため、導通損失が支配的な役割を果たします。この業界の創始者であり、米国科学アカデミーの会員でもある人物は、ジャヤント・B・バリガ教授（以下、バシェンと略記）1989年には既に、電力機器の導通損失を評価するための品質係数が提案されていた。

（[i]を参照）、εは半導体材料の誘電率、μは電子移動度、E_Cは破壊電界です。Bashen の式によれば、シリコン材料の BFM 係数を 1 単位とすると、SiC 材料の BFM 係数は 231 単位になります。ポイントは何でしょうか? これは、同じ高電圧でマルチサブパワーデバイス (MOSFET、ショットキーダイオードなど) を作成する場合、SiC 材料のオン抵抗が 230 分の 1 になることを示しています。つまり、同じ電流の下で​​は、SiC デバイスの導通損失はシリコンデバイスの導通損失の 230 分の 1 になります。シリコンに対する GaN の正規化 BFM は 2097、Ga2O3 の正規化 BFM は 6170 です。簡単にまとめると、Ba Shen は 1980 年代に早くも、パワー半導体の未来は、ワイドバンドギャップ半導体によって支配される必要がある。！
 

 

写真 i
 
 

ジャヤン・B・バリガ   
過去20年間のパワーエレクトロニクス技術の発展に伴い、スイッチのスイッチング周波数を高くすることで、回路内のコンデンサやインダクタなどの受動部品の使用を減らし、システムの体積と重量を削減できることがわかっています。しかし、システム周波数が増加すると、パワーデバイスのスイッチング損失がますます大きくなり、必要な冷却システムのコストと体積もそれに応じて増加するため、周波数をさらに上げてもシステムを大幅に最適化することはできません。別の有名な教授は、アレックス・Q・ファン2004年に、デバイスの導通損失とスイッチング損失を包括的に評価する品質係数を提案した。

（[ii]を参照）、ここでRは_DS、オンはデバイスのオン抵抗であり、導通損失Qに比例する。_gdこれはデバイスのゲート・ドレイン間のミラー容量に蓄積された電荷であり、スイッチング損失に比例します。同時に、R_DS、オンデバイス面積に反比例するQ_gdデバイスの面積に比例して、この製品はデバイスの面積（またはコスト）の影響を相殺し、高周波動作時のデバイスの全体的な損失レベルを示します。簡単に言えば、HDFM品質係数が小さいほど、デバイスの全体的な品質が優れているということです。損失が小さいほど、効率は高くなる。 ！
 
 

アレックス・Q・ファン  
この方法を用いて、市場に出回っている主要なSiC MOSFETサプライヤーの製品性能を比較してみましょう。
     

工場	インフィニオン	イタリアの法律	コー​​リー	ローマ	パインカケス	国内ブランド
Origin	その他拠点	その他拠点	USA	日本
テクノロジープラットフォーム	第一世代トレンチ	第2世代の航空機	第三世代の航空機	第三世代トレンチ	第三世代の航空機	いいえ。？世代平面
Rds、(m?)	90	60	75	80	80	80
Qgd (nC)	5	35	20	25	9.3	54
	21.2	45.8	38.7	44.7	27.3	65.7
正規化HDFM	1	2.16	1.83	2.11	1.29	3.10
※上記のデータは、インターネット上で公開されているダウンロード可能なデータシートからのものです。

まずはこの比較表から結論を導き出してみましょう。プレーナーMOS技術において、国内ブランドであるPinejie Semiconductorの製品は既に世界をリードしており、複雑なプロセスを要するトレンチMOS技術に非常に近いレベルに達しています。理想的な条件下で、同じアプリケーションシナリオにおいて、インフィニオンの最新のCoolSiCデバイスをベンチマークとして使用し、デバイス全体の消費電力が少なくとも10Wである場合、PenjieのSiC MOSFETの消費電力は12.9W、Keruiの製品の消費電力は18.3W、STMicroelectronicsとRohmの消費電力は21W近く、国内ブランドの消費電力は31Wです。

結論

輸送車両の電動化、新たなインフラ整備、その他のプロジェクトに牽引され、炭化ケイ素デバイスは主要発電所の戦略的配置の中心となるでしょう。テスラはSTマイクロエレクトロニクスと全面的に協力し、フォルクスワーゲンはコーリーを採用しています。SiCパワーデバイスの最新技術と生産能力を獲得できる発電所は、比類のない戦略的優位性を得るでしょう。

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