引言：氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料，具有优异的物理性能，为提升功率电子器件的性能提供了更大的空间。作为电源系统中最基本的半导体元件，SiC功率器件在电动汽车、高速铁路、太阳能和风能并网、UPS不间断电源、电磁弹射等领域的众多军民应用场景中，显著提高了功率和能源效率，成为新能源市场的新宠。    
           

开始前先聊聊

第三代半功率器件的重要性在于提升功率、提高效率、缩小尺寸，这一点不容忽视。国家对半导体领域的关注度正在逐步提高，资本市场也开始关注这一领域。尤其是在当前贸易战的背景下，大家更加意识到自主研发功率器件的重要性。就像游戏中合成神器必不可少的装备一样，功率器件元素无论如何都无法绕开。如今，国内第三代半功率器件领域的团队也已涌现，并且发展势头强劲。其中，派尼杰公司已经生产出了性能优异的碳化硅功率器件。  
让我们正式讨论一下碳化硅优异性能的各个方面。  
           

功率器件的损耗值

衡量功率器件性能的重要指标莫过于其总损耗，总损耗由两部分组成。一部分是：传导损耗（传导损失）一是开关损耗（开关损耗）。换句话说，损耗越低，效率越高，从而实现更小的尺寸、更高的效率和更轻的重量，更符合现代应用的需求。例如，特斯拉 Model 3 能够将价格降至 250,000 万美元左右的重要原因之一，就是采用了碳化硅 (SiC) 解决方案，这提高了电池性能，缩小了尺寸和重量，从而降低了其他成本。

为了帮助应用厂商和投资方了解业界如何比较和评估功率半导体器件及其主要参数，我们将对每家公司的SiC MOSFET器件产品进行横向比较，并简要评论其技术优势和劣势。  
           

                           派恩杰参数领先者

在老一代电力电子应用中，由于开关频率低，导通损耗起主导作用。该行业的创始人之一，同时也是美国国家科学院院士。贾扬特·B·巴利加教授（以下简称巴申）早在1989年，就有人提出了一种用于评价功率器件导通损耗的品质因数。

（参见[i]），ε 是半导体材料的介电常数，μ 是电子迁移率，E_C是击穿电场。根据巴申公式，如果将硅材料的击穿强度因子（BFM）设为1，那么碳化硅（SiC）材料的BFM为231。这说明了什么？这表明，在制造相同高压的多子功率器件（MOSFET、肖特基二极管等）时，SiC材料的导通电阻比硅小230倍！这意味着在相同电流下，SiC器件的导通损耗比硅器件小230倍！氮化镓（GaN）相对于硅的归一化BFM为2097，氧化镓（Ga2O3）的归一化BFM为6170！简而言之，巴申早在20世纪80年代就预测到了这一点。未来功率半导体市场必将由宽带隙半导体主导。！
 

 

图片一
 
 

贾扬特·B·巴利加   
过去二十年来，随着电力电子技术的发展，人们发现提高开关频率可以减少电路中电容、电感等无源元件的使用，从而减小系统的体积和重量。然而，随着系统频率的提高，功率器件的开关损耗也变得越来越显著，所需的冷却系统的成本和体积也相应增加，导致系统无法通过进一步提高频率得到显著优化。另一位著名教授指出，亚历克斯·黄2004 年，提出了一种综合评价器件导通损耗和开关损耗的质量因子。

（参见[ii]），其中 R_ds，在是器件的导通电阻，与传导损耗 Q 成正比。_gd它是存储在器件栅极到漏极米勒电容中的电荷，与开关损耗成正比。同时，由于 R_ds，在与器件面积成反比，Q_gd根据器件面积，其产品特性恰好抵消了器件面积（或成本）的影响，从而反映了器件在高频工作条件下的整体损耗水平。通俗地说，HDFM品质因数越小，器件的整体性能就越好。损耗越小，效率越高。 ！
 
 

亚历克斯·黄  
让我们运用这种方法，比较一下市场上主要SiC MOSFET供应商的产品性能：
     

工厂	英飞凌	意法	科瑞	罗马	松鸦	国内品牌
起源	欧洲	欧洲	美国	日本	中国	中国
技术平台	第一代沟槽	第二代飞机	第三代飞机	第三代沟槽	第三代飞机	不？一代飞机
路，在（米？）	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
标准化 HDFM	1	2.16	1.83	2.11	1.29	3.10
*以上数据来自互联网上可公开下载的数据表。

我们先通过这张对比表格得出结论。在平面MOS技术领域，作为国内品牌，派尼杰半导体的产品已经处于世界领先地位，并且非常接近工艺复杂的沟槽MOS技术！在理想情况下，对于相同的应用场景，如果以英飞凌最新的CoolSiC器件为基准，且该器件的总功耗至少为10W，则鹏杰SiC MOSFET的功耗为12.9W，科瑞产品的功耗为18.3W，意法半导体和罗姆的功耗接近21W，而某国产品牌的功耗为31W。

结语

在交通工具电气化、新型基础设施建设等项目的推动下，碳化硅器件将成为大型电厂战略布局的重点。特斯拉与意法半导体（STMicroelectronics）全面合作，大众汽车拥抱Corey……能够掌握最新碳化硅功率器件技术和产能的电厂将获得无可比拟的战略优势。

免责声明：本文转载自《三代半炼金术士》，该书支持知识产权保护。转载请注明原出处及作者。如有侵权，请联系我们删除。

公司电话号码：+86-0755-83044319
传真：+86-0755-83975897
电子邮件：1615456225@qq.com
QQ：3518641314 李经理

QQ：332496225 邱经理

地址：深圳市龙华新区民治大道1079号展涛科技大厦C座809室