引言：氮化鎵（GaN）和碳化矽（SiC）作為第三代半導體材料，具有優異的物理性能，為提升功率電子元件的性能提供了更大的空間。作為電源系統中最基本的半導體元件，SiC功率元件在電動車、高速鐵路、太陽能和風能併網、UPS不間斷電源、電磁彈射等領域的眾多軍民應用場景中，顯著提高了功率和能源效率，成為新能源市場的新寵。    
           

開始前先聊聊

第三代半功率裝置的重要性在於提升功率、提高效率、縮小尺寸，這一點不容忽視。國家對半導體領域的關注度正在逐步提高，資本市場也開始關注這一領域。尤其是在當前貿易戰的背景下，大家更意識到自主研發功率元件的重要性。就像遊戲中合成神器必備的裝備一樣，功率元件元素無論如何都無法繞過。如今，國內第三代半功率元件領域的團隊也已湧現，並且發展勢頭強勁。其中，派尼傑公司已經生產了性能優異的碳化矽功率裝置。  
讓我們正式討論一下碳化矽優異性能的各個面向。  
           

功率元件的損耗值

衡量功率元件性能的重要指標莫過於其總損耗，總損耗由兩個部分組成。一部分是：傳導損耗（傳導損失）一是開關損耗（開關損耗）。換句話說，損耗越低，效率越高，從而實現更小的尺寸、更高的效率和更輕的重量，更符合現代應用的需求。例如，特斯拉 Model 3 能夠將價格降至 250,000 萬美元左右的重要原因之一，就是採用了碳化矽 (SiC) 解決方案，這提高了電池性能，縮小了尺寸和重量，從而降低了其他成本。

為了幫助應用廠商和投資者了解業界如何比較和評估功率半導體裝置及其主要參數，我們將對每家公司的SiC MOSFET元件產品進行橫向比較，並簡要評論其技術優勢和劣勢。  
           

                           派恩傑參數領先者

在舊一代電力電子應用中，由於開關頻率低，導通損耗起主導作用。該行業的創始人之一，同時也是美國國家科學院院士。賈揚特·B·巴利加教授（以下簡稱巴申）早在1989年，就有人提出了一種用於評估功率元件導通損耗的品質因數。

（參見[i]），ε 是半導體材料的介電常數，μ 是電子遷移率，E_C是擊穿電場。根據巴申公式，如果將矽材料的擊穿強度因子（BFM）設為1，則碳化矽（SiC）材料的BFM為231。這說明了什麼？這表明，在製造相同高壓的多子功率裝置（MOSFET、肖特基二極體等）時，SiC材料的導通電阻比矽小230倍！這意味著在相同電流下，SiC元件的導通損耗比矽元件小230倍！氮化鎵（GaN）相對於矽的歸一化BFM為2097，氧化鎵（Ga2O3）的歸一化BFM為6170！簡而言之，巴申早在20世紀80年代就預測到了這一點。未來功率半導體市場必將由寬頻隙半導體主導。！
 

 

圖片一
 
 

賈揚特·B·巴利加   
過去二十年來，隨著電力電子技術的發展，人們發現提高開關頻率可以減少電路中電容、電感等被動元件的使用，從而減少系統的體積和重量。然而，隨著系統頻率的提高，功率元件的開關損耗也變得越來越顯著，所需的冷卻系統的成本和體積也相應增加，導致系統無法透過進一步提高頻率而顯著優化。另一位著名教授指出，亞歷克斯·黃2004 年，提出了一個綜合評估元件導通損耗和開關損耗的質量因子。

（參見[ii]），其中 R_ds,開是裝置的導通電阻，與傳導損耗 Q 成正比。_gd它是儲存在裝置閘極到汲極米勒電容中的電荷，與開關損耗成正比。同時，由於 R_ds,開與裝置面積成反比，Q_gd根據裝置面積，其產品特性恰好抵銷了裝置面積（或成本）的影響，從而反映了裝置在高頻工作條件下的整體損耗水準。通俗地說，HDFM品質因數越小，裝置的整體效能越好。損耗越小，效率越高。 ！
 
 

亞歷克斯·黃  
讓我們運用這種方法，比較一下市場上主要SiC MOSFET供應商的產品性能：
     

工廠	英飛凌	義大利法律	科瑞	羅姆人	松鴉	國內品牌
起源	歐洲	歐洲	美國	日本	中國	中國
技術平台	第一代溝槽	第二代飛機	第三代飛機	第三代溝槽	第三代飛機	不？一代飛機
Rds,on（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
標準化 HDFM	1	2.16	1.83	2.11	1.29	3.10
*以上資料來自網路上可公開下載的資料表。

我們先透過這張對比表格得出結論。在平面MOS技術領域，作為國內品牌，派尼傑半導體的產品已經處於世界領先地位，並且非常接近製程複雜的溝槽MOS技術！在理想情況下，對於相同的應用場景，如果以英飛凌最新的CoolSiC裝置為基準，且該裝置的總功耗至少為10W，則鵬傑SiC MOSFET的功耗為12.9W，科瑞產品的功耗為18.3W，意法半導體和羅姆的功耗接近21W，而某國產品的功耗為31W。

結語

在交通工具電氣化、新型基礎建設等項目的推動下，碳化矽元件將成為大型電廠策略佈局的重點。特斯拉與意法半導體（STMicroelectronics）全面合作，大眾汽車擁抱Corey…能夠掌握最新碳化矽功率裝置技術和產能的電廠將獲得無可比擬的戰略優勢。

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