碳化硅替換傳統(tǒng)硅基功率器件，已經不是一種趨勢，而是正在發(fā)生的事實。碳化硅不僅在汽車驅動、光伏儲能等高壓要求領域應用，還有充電樁、PD快充適配器也已經滲透很多，超出了預期。合科泰不僅深耕功率器件多年，還重點主推碳化硅產品線，由此通過碳化硅材料的六大優(yōu)勢和應用系統(tǒng)成本，說明為什么現(xiàn)在是碳化硅替換硅器件的重要時期。

碳化硅材料的六大優(yōu)勢

碳化硅材料實際上就是碳元素和硅元素形成的一種化合物，少有人知道的是，做好的碳化物可用于半導體，作差的碳化物則可作為首飾的人造鉆石。目前的主流功率器件仍然是硅基的，不管是平面還是溝槽器件，使用硅器件做高壓的代價很高，比如1200V、1700V以上的MOS管或二極管成本相當高昂。碳化硅器件與硅基器件相比，由于寬帶隙、高擊穿電場強度、良好的熱導率、高熔點以及高電子飽和速率的材料特性，這些特性帶來了六大顯著應用優(yōu)勢，散熱更快、耐溫能力更強、耐高壓、耐高頻、損耗低、抗輻射能力強。

比如傳統(tǒng)硅基器件一般工作在125到150℃，碳化硅可穩(wěn)定運行在175~200℃，而只要封裝材料跟得上，甚至能持續(xù)穩(wěn)定工作在200℃以上；得益于碳化硅材料更高的臨界擊穿電場等特性，碳化硅器件能夠被設計成具有更低的寄生電容，從而大幅降低開關過程中的充放電損耗。在相同過流能力下，碳化硅芯片面積可縮小至硅的約1/10，同等晶圓面積能切出近10倍的芯片顆粒數(shù)。

而對比氮化鎵，碳化硅在高頻性能上稍遜，但高溫特性明顯占優(yōu)。氮化鎵125°C時內阻會翻倍，通流能力急劇下降。碳化硅在高溫下內阻變化很小，動態(tài)電阻幾乎不變，在高溫、大功率場景下是更穩(wěn)妥的選擇。

碳化硅在消費電子系統(tǒng)成本

碳化硅公認的應用領域在汽車電驅和充電樁上，但消費電子是下一個爆發(fā)點。消費電子選型不只是單看開關管價格，還要看系統(tǒng)總成本。

像PD快充適配器是消費電子中最典型的場景。由于碳化硅芯片可切出更多的芯片顆粒，目前碳化硅MOSFET的價格已經與硅基超結產品接近了，如果在PD快充適配器的場景中，使用了碳化硅器件提升開關頻率后，變壓器可選用更小一號的線圈，在同步整流部分可以選用更低耐壓的器件，

甚至線材線徑也可以減小。比如某一適配器廠家把硅基方案改成碳化硅后，變壓器規(guī)格縮小，同步整流耐壓從85V降到60V，線材線徑減了一號，這樣整個系統(tǒng)的BOM成本降低約10%。對于大批量出貨的消費電子市場里面，這個差價已經是非常可觀了。

碳化硅在消費電子中還有兩個常被忽視的優(yōu)勢。一個是耐壓裕量高很多，比如650V碳化硅器件的實際耐壓可達到900V，遠超硅基產品，對于浪涌敏感的應用，這意味著更高的可靠性。二就是相對氮化鎵的成本上有優(yōu)勢，像是消費類應用里常見的100到130kHz開關頻率里，氮化鎵的高頻優(yōu)勢無法發(fā)揮。而據(jù)市場反饋，部分碳化硅方案成本僅為氮化鎵的1/2到1/3。

目前，國內主流的終端廠商很多都已經在實驗室驗證了碳化硅方案，這意味著市場對碳化硅的接受度持續(xù)提升。等到國內IC廠商推出適配碳化硅驅動的控制芯片，消費類應用的推廣瓶頸就會快速突破。

從硅到碳化硅

合科泰在功率半導體領域深耕多年，積累了豐富的器件選型與應用支持經驗。我們推出碳化硅產品線，正是為了將我們在硅基器件應用中沉淀的對系統(tǒng)需求、散熱設計、可靠性要求的理解，無縫延伸到新一代的SiC方案中，助力我們的客戶實現(xiàn)平穩(wěn)、高效的技術迭代。合科泰部分碳化硅產品如下表：

SiC肖特基二極管（650V）

SiC MOSFET（1200V）