▲采用 SiC 的 PCU 尺寸大大减小

▲罗姆的 SiC 赛车用逆变器明显降低重量及尺寸

车用逆变器。SiC 用在车用逆变器上，能够大幅度降低逆变器尺寸及重量，做到轻量化与节能。在相同功率等级下，全 SiC 模块的封装尺寸显著小于 Si模块，同时也可以使开关损耗降低75％（芯片温度为 150° C）；

在相同封装下，全 SiC 模块具备更高电流输出能力，支持逆变器达到更高功率。特斯拉 Model 3 采用了意法半导体（后来增加了英飞凌）生产的SiC逆变器，是第一家在主逆变器中集成全SiC功率模块的车企。2017年 12 月 2 日，ROHM 为 VENTURI 车队在电动汽车全球顶级赛事“FIAFormula E” 锦标赛第四赛季中提供了采用全 SiC 功率模块制造的逆变器，使得相对于第二赛季的逆变器尺寸下降 43%，重量轻了 6kg。

车载充电器。SiC 功率器件正在加速其在车载充电器领域的应用趋势，在今年的功率器件展 PCIM Europe 2018（2018 年 6 月 5~7 日在德国纽伦堡举行）上，多家厂商推出了面向 HEV/EV 等电动汽车充电器的 SiC功率器件产品。据 Yole 统计，截至 2018 年有超过 20 家汽车厂商在自家车载充电器中采用 SiC SBD 或 SiC MOSFET 器件，且这一市场在2023 年之前保持 44%的增长。

▲超过 20 家汽车制造商在车载充电器中采用 SiC

三、 GaN：5G 应用的关键材料

1、 GaN：5G 应用的关键材料

GaN 材料与 Si/SiC 相比有独特优势。GaN 与 SiC 同属于第三代宽禁带半导体材料，相较于已经发展十多年的 SiC，GaN 功率器件是后进者，它拥有类似 SiC 性能优势的宽禁带材料，但拥有更大的成本控制潜力。与传统 Si 材料相比，基于 GaN 材料制备的功率器件拥有更高的功率密度输出，以及更高的能量转换效率，并可以使系统小型化、轻量化，有效降低电力电子装置的体积和重量，从而极大降低系统制作及生产成本。

GaN 是极稳定的化合物，又是坚硬的高熔点材料，熔点约为 1700℃，GaN 具有高的电离度，在Ⅲ—Ⅴ族化合物中是最高的（0.5 或 0.43）。在大气压力下，GaN 晶体一般是六方纤锌矿结构。

▲GaN 原胞结构

▲典型 GaN HEMT 结构

GaN 器件逐步步入成熟阶段。基于 GaN 的 LED 自上世纪 90 年代开始大放异彩，目前已是 LED 的主流，自 20 世纪初以来，GaN 功率器件已经逐步商业化。2010 年，第一个 GaN 功率器件由 IR 投入市场，2014年以后，600V GaN HEMT 已经成为 GaN 器件主流。2014 年，行业首次在 8 英寸 SiC 上生长 GaN 器件。

▲GaN 器件逐步步入成熟阶段

随着成本降低，GaN 市场空间持续放大。GaN 与 SiC、Si 材料各有其优势领域，但是也有重叠的地方。GaN 材料电子饱和漂移速率最高，适合高频率应用场景，但是在高压高功率场景不如 SiC；随着成本的下降，GaN 有望在中低功率领域替代二极管、IGBT、MOSFET 等硅基功率器件。以电压来分，0~300V 是 Si 材料占据优势，600V 以上是 SiC 占据优势，300V~600V 之间则是 GaN 材料的优势领域。根据 Yole 估计，在0~900V 的低压市场，GaN 都有较大的应用潜力，这一块占据整个功率市场约 68%的比重，按照整体市场 154 亿美元来看，GaN 潜在市场超过 100 亿美元。

▲GaN 器件可以适用于超过 68%的功率器件市场

▲不同功率器件所处的优势领域

GaN RF 市场即将大放异彩。根据 Yole 估计，大多数低于 6GHz 的宏网络单元实施将使用 GaN 器件，到 2023 年，GaN RF 器件市场规模达到 13 亿美元。

▲GaN RF 市场规模于 2023 年达到 13 亿美金

2、GaN 在电力电子领域与微波射频领域均有优势

GaN 在电力电子领域主要优势在于高效率、低损耗与高频率。GaN 材料的这一特性使得其在消费电子充电器、新能源充电桩、数据中心等领域具有很大的应用前景。

高转换效率：GaN 的禁带宽度是 Si 的 3 倍，击穿电场是 Si 的 10倍。因此，同样额定电压的 GaN 开关功率器件的导通电阻比 Si 器件低 3 个数量级，大大降低了开关的导通损耗。

低导通损耗：GaN 的禁带宽度是 Si 的 3 倍，击穿电场是 Si 的 10倍。因此，同样额定电压的 GaN 开关功率器件的导通电阻比 Si 器件低 3 个数量级，大大降低了开关的导通损耗。

高工作频率：GaN 开关器件寄生电容小，工作效率可以比 Si 器件提升至少 20 倍，大大减小了电路中储能原件如电容、电感的体积，从而成倍地减少设备体积，减少铜等贵重原材料的消耗。

（编辑：52刷机网）

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