據市場調研機構IHS公司在《SiC和GaN功率半導體世界市場-2014版》報告中指出,受到混合和電動汽車、光伏(PV)逆變器和其他應用對電力供應需求增長的激勵,全球碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)功率半導體新興市場在未來10年增長17倍,從2013年的1.5億美元增長到2023年的25億美元。
SiC和GaN功率半導體在幾年內一直試圖確立關鍵的應用場合。然而,約15%的最終市場還會有新的器件應用,這些在研新器件距生產尚需2-3年。此外,除了混合動力車和電動車本身的市場,電動汽車充電設施市場(包括用于插電式混合動力車和純電動汽車的蓄電池充電站)也是SiC和GaN功率器件潛在的令人關注的應用場合。因為尚無混合電動汽車(HEV)充電設施的全球統一標準,所以有描述各種層次或模式的交流和直流充電的相互競爭的各類標準。所有的各種交流充電系統都是機電系統,需要少量功率半導體。IHS的報告因此只考慮直流或“快速充電”系統,因為這些都是AC-DC電源,將三相交流電源轉換成電流為125-400A,電壓高達480-600V的直流電源(最大輸出功率為240kW)。
無線充電技術給電池供電設備充電是通過空氣而非電力電纜發射功率。雖然需要指定的鄰近距離,這一充電技術在移動電話、游戲機、筆記本電腦、平板電腦、電動汽車和其他日用電器中日益普及。設計的感應充電解決方案符合無線電力聯盟(WPC)Qi標準或電力事項聯盟(PMA)標準,此方案中SiC和GaN功率半導體可以忽略不計,因為硅金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)足以在低頻段運行。相反,具有快速開關能力的SiC和GaN功率半導體是磁共振能量傳輸應用中的理想選擇,可以在無線電源聯盟(A4WP)標準的較高頻段工作。
SiC功率器件的唯一應用場合是電池驅動的電動汽車,如插電式混合動力汽車(PHEV)等。使用SiC功率模塊的另外2個場合是風力渦輪機和牽引。在這兩種情況下應用最大障礙是高成本、未經證實的可靠性、缺乏高額定電流模塊,特別是SiC模塊。這兩個應用場合都需要電壓1700V的SiC模塊,但已經開發的SiC晶體管很少能達到此電壓值。試驗尚在進行,但商業化生產預計從2016年或2017年開始。高壓SiC技術還有許多新的醫療應用和其他潛在工業應用。
GaN器件更適合為數眾多的低壓消費電子產品。低壓GaN器件的新應用包括許多新興技術,如無線包絡跟蹤、光探測和測距(LIDAR)、B類音頻放大器和醫療設備,有望未來顯著增長。IHS表示,確定市場增長的關鍵因素是SiC和GaN器件如何快速實現與硅MOSFET、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或整流器的相同性價比。預計在2020年實現價格和性能同等,2023年SiC和GaN功率市場將經歷巨大增長。(工業和信息化部電子科學技術情報研究所 黃慶紅)