功率半导体是电能转换和电路控制的核心。在信息化建设加速发展的过程中，电子电力产业对功率半导体的要求愈发严格，以碳化硅为代表的宽禁带半导体备受期待。作为全球市占率最高的功率器件供应商，英飞凌在碳化硅有着超过十年的布局。近日，英飞凌发布了最新的碳化硅产品系列，进一步完善在600/650V功率半导体的产品组合和碳化硅应用范围。关于碳化硅市场前景、英飞凌的布局和投入，英飞凌科技电源与传感系统事业部大中华区开关电源应用高级市场经理陈清源分享了自己的观点。
碳化硅市场呈现高成长率
碳化硅的带隙约为硅材料的三倍，可以运行更高的电压，达到更高的转换效率和开关频率，并缩小功率器件的体积和重量。相比硅和氮化镓，碳化硅适用的电压范围较高，从650V到高压3.3kV，因而应用范围较为广泛，例如风电、大数据中心的供电等。此外，碳化硅能兼顾性能、易用性、坚固性，在高温和恶劣环境下保证可靠性。
虽然碳化硅市场还处在早期阶段，但已经显现出比硅更快的增长速度。IHS 数据显示，650V碳化硅MOSFET将在今年达到5000万美元的市场份额，2028年市场份额将达到1亿6000万美元，年复合成长率为16%。
英飞凌在碳化硅领域有着超过10年的经验，电源与传感系统事业部、工控部门及车用部门都在研发碳化硅产品。其中碳化硅二极管已经推出十几年，产品迭代到第六代。今年2月，英飞凌推出了650V CoolSiC™MOSFET新品，解决方案涉及数据中心、PSU电源、储能系统、不间断电源系统。陈清源表示，碳化硅MOSFET是一个突破性的器件，其功率密度的提升可以帮助客户实现更轻薄短小的器件设计，缩小系统尺寸、降低占用空间。针对集成度较高的场景，例如通信基站，碳化硅器件能简化设计，并有效降低系统成本。
目前，英飞凌碳化硅功率器件的目标市场覆盖服务器、数据中心，例如通讯电源，4G、5G、大基站、小基站等。同时，英飞凌对工业电源、光伏、充电桩、不间断电源系统，以及能源储存等市场有着较强的成长预期。
完善碳化硅产品布局
最新发布的650 V CoolSiC™MOSFET系列，进一步完善了英飞凌在600V/650V细分领域的硅基、碳化硅以及氮化镓功率半导体产品组合，并扩展了碳化硅产品的应用范围。据悉，该系列面向服务器、电信和工业SMPS、太阳能系统、能源存储和电池化成、不间断电源、电机控制和驱动以及电动汽车充电在内的大量应用与日俱增的能效、功率密度和可靠性需求。
英飞凌电源管理及多元化市场事业部高压转换业务高级总监Steffen Metzger表示， CoolSiC™系列为英飞凌迈向工业碳化硅MOSFET开关领域头号供应商提供有力支持。
与市面上其它硅基以及碳化硅解决方案相比，650 V CoolSiC™MOSFET的优势在于更高开关频率下更优的开关效率以及出色的可靠性。得益于与温度相关的超低导通电阻，让器件具备出色的热性能。此外，该系列还采用了坚固耐用的体二极管，有非常低的反向恢复电荷，比最佳的超结CoolMOS™MOSFET低80%左右。其换向坚固性，实现了98%的整体系统效率，如通过连续导通模式图腾柱功率因素校正（PFC）。
与英飞凌过去发布的CoolSiC™MOSFET产品相比，全新650V系列基于英飞凌的沟槽半导体技术。通过最大限度地发挥碳化硅强大的物理特性，确保了器件具有出色的可靠性、出类拔萃的开关损耗和导通损耗。此外，它们还具备最高的跨导水平（增益）、4V的阈值电压（Vth）和短路稳健性。
沟槽技术可以在毫不折衷的情况下，在应用中实现最低的损耗，并在运行中实现最佳可靠性。陈清源表示，英飞凌在沟槽式设计已经有20年的经验积累，在良率控制和稳定性控制方面，已经很有心得。
“在同样的可靠度上面，碳化硅沟槽式的设计会远比平面式的碳化硅MOS拥有更高的性能。我们在谈一个未来新的突破性的元件，当然是看到它的性能。借由这个沟槽式的设计，我们可以让它的性能发挥到极致。” 陈清源说。
为了简化采用650 V CoolSiC™MOSFET的应用设计，确保器件高效运行，英飞凌还提供了专用的单通道和双通道电气隔离EiceDRIVER栅极驱动器IC。通过整合CoolSiC开关和专用的栅极驱动器IC，有助于降低系统成本和总拥有成本，以及提高能效。CoolSiC™MOSFET可与其它英飞凌EiceDRIVER栅极驱动器系列IC无缝协作。
未来将长期投资碳化硅
在硅功率器件市场，英飞凌已经是占有率最高的供应商。随着碳化硅等宽禁带半导体材料的市场认可度逐步提升，陈清源表示，英飞凌会将投资分散到硅、碳化硅和氮化镓三个部分。
“正是因为低压MOS、高压MOS，还有IGBT等硅器件带来的稳定收入，使得我们可以投资在一些新的产品、新的技术、新的应用。无论是碳化硅也好，氮化镓也好，都是需要持续的投资。硅的部分我们会持续投入，只是我们会将我们的投入分散到Si、SiC和GaN三个部分。”陈清源说。
陈清源将发展碳化硅比作“超级马拉松”。他表示，英飞凌会继续在年底推出新的碳化硅产品，预计2021扩展到50个产品以上，并针对不同的应用场景、价格考量、瓦特数，提供不同的技术产品方案。
“发展碳化硅是一个长期的比赛。英飞凌有这个优势，除了在电源的领域经营了那么久，加上硅的生意可以支持我们持续的投资。当然，我们看到一些碳化硅产品的未来性，事实上它的高成长率会支持我们继续投资。我们乐见竞争、有竞争才有进步，”陈清源说。