2021年7月份電源網線下會議--廈門站中，廈門大學張峰老師的《寬禁帶半導體SiC功率器件研究進展》讓我學到了不少，主要從戰略意義、研究以及應用方面進行了討論，張峰老師在會議上給出了一組數據。

從數據匯總可以看出來近幾年寬禁帶半導體的發展非常迅猛，也使我不得不意識到寬禁帶半導體在電源中的應用也是如火如荼。聽完講座，我也在課后對該知識進行了學習和補充，和大家分享一下。

新興的寬帶隙 (WBG) 碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 功率器件在電力電子領域越來越受歡迎，并且有可能顯著提高功率轉換器的效率和功率密度。在電力電子效率方面，功率密度和擁有成本決定了產品質量。 這三個主要參數根據應用分別加權（圖 1）。

圖1

當今電力電子領域的首要任務是提高效率并節省能源和材料。能源之星、80 Plus 和小盒子挑戰等政府法規和行業計劃為電源設計人員設定了具有挑戰性的目標 [1]、[2]、[3]。與硅相比，基于 SiC 和 GaN 的功率器件有望在工業、電信和數據通信、可再生能源和運輸等功率應用中實現突破性改進。

1. EnergyStar homepage

2. 80 PLUS Certified Power Supplies and Manufacturers website

3. Little box challenge website

如表 1 所示，WBG 功率器件，特別是 GaN 和 SiC，具有物理參數的組合，使它們比硅更適合功率器件。

表1 硅、氮化鎵和碳化硅的物理特性。

更高的擊穿電壓 (Vbr) 和更寬的帶隙 (Eg) 決定了比導通電阻 (Ronspi) 的理論極限低得多。 公式 確定了硅和 SiC 的特定 Ronspi； 公式 2 確定了 GaN 的特定 Ronspi：

使用等式 1 和 2 以及表 1 中的物理特性，圖 2 顯示了 Vbr 圖上的 Ronspi 限制。

圖2 硅（黑色）、SiC（藍色）和 GaN（紅色）的 Vbr 的理論 Ronspi 限制。

在 400-V Vbr 下，GaN 特定的導通電阻比硅低 2,000 倍，比 SiC 低 6 倍。 當然，這些都是理論上的限制； 工藝和技術成熟需要時間，直到實際商業產品達到接近這些極限的性能。 但這很好地說明了 SiC 和 GaN 基功率器件的潛力。