新兴 Ожидается, что к 2020 году появятся новые рынки полупроводников с карбидом кремния и нитридом галлия (GaN), которые к 2020 году достигнут почти 1 млрд. Долл. США, что обусловлено спросом на гибридные и электрические транспортные средства, инверторы мощности и фотоэлектрические (PV).
应用 Применение силовых полупроводников SiC и GaN в главных преобразователях для гибридных и электрических транспортных средств приведет к совокупному годовому темпу роста (CAGR) более 35% после 2017 года и 10 млрд. Долл. США в 2027 году.
GaN. К 2020 году ожидается, что транзисторы GaN-on-кремния (Si) будут по той же цене, что и кремниевые полупроводниковые полупроводниковые транзисторы кремния (МОП-транзисторы) и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), предлагая те же преимущества. Производительность. Как только этот показатель достигнут, ожидается, что рынок электроэнергии GaN достигнет 600 миллионов долларов в 2024 году и достигнет более чем 1,7 миллиарда долларов в 2027 году.
Анализ IHS Markit
Ожидания в отношении продолжительного сильного роста в индустрии SiC высоки: основной движущей силой является рост продаж гибридных и электромобилей. Происходит также проникновение на рынок, особенно в Китае, диоды Шоттки, полевые транзисторы, транзисторы полевого транзистора (JFET) И другие дискретные устройства SiC появились в серийных автомобильных DC-DC-преобразователях, автомобильных зарядных устройствах.
Все более очевидными признаками являются то, что основной преобразователь - с использованием SiC MOSFET вместо Si IGBT - начнет появляться на рынке в течение 3-5 лет. Из-за большого количества устройств В основном инверторе, намного больше, чем в конвертере DC-DC и автомобильном зарядном устройстве, это быстро увеличит спрос на оборудование. Возможно, в какой-то момент производитель инвертора, наконец, выбирает пользовательский полный SiC Модули питания, а не дискретные устройства SiC. Интеграция, управление и оптимизация пакетов являются основными преимуществами модульной сборки.
Мало того, что количество устройств SiC на автомобиль увеличивается, но новые требования к глобальной регистрации для электрических транспортных средств с батареями (BEV) и гибридных электромобилей (PHEV) также будут увеличиваться в 10 раз между 2017 и 2027 годами. Поскольку многие правительства во всем мире нацелены на цели сокращения загрязнения воздуха, а также сокращают количество автомобилей, которые полагаются на сжигание ископаемого топлива. Китай, Индия, Франция, Великобритания и Норвегия объявили о планах запретить автомобили с двигателями внутреннего сгорания в ближайшие несколько десятилетий и заменить их более чистыми. Будущее электрифицированных автомобилей, как правило, станет очень хорошим, особенно для широкополосных полупроводников.
SiC
По сравнению с полупроводниковым материалом Si первого поколения и полупроводниковым материалом второго поколения GaAs SiC обладает лучшими физическими и химическими свойствами, включая высокую теплопроводность, высокую твердость, химическую стойкость, высокую термостойкость, прозрачность для световых волн и т. Д. SiC Превосходные тепловые свойства и антирадиационные свойства материала также делают его одним из предпочтительных материалов для подготовки ультрафиолетовых фотоприемников. Кроме того, датчики на основе SiC могут компенсировать дефекты производительности датчиков на основе Si в суровых условиях, таких как высокая температура и высокое напряжение. Широкое применение. Широкополосные полупроводниковые силовые устройства, представленные SiC, являются одним из самых быстрорастущих силовых полупроводниковых приборов в области силовой электроники.
Силовые электронные устройства SiC в основном включают в себя силовые диоды и транзисторы (транзисторы, переключающие транзисторы). Силовые устройства SiC могут удваивать мощность, температуру, частоту, радиационную стойкость, эффективность и надежность силовых электронных систем, обеспечивая объем, вес и стоимость. Значительно уменьшено. Приложения силового устройства SiC можно разделить на напряжение:
⚫ Низковольтные приложения (от 600 В до 1,2 кВ): высококачественные потребительские приложения (например, игровые консоли, плазменные и ЖК-телевизоры), коммерческие приложения (например, ноутбуки, твердотельное освещение, электронные балласты и т. Д.) И другие области (например, медицинские , телекоммуникации, оборона и т. д.)
⚫ Приложения среднего напряжения (от 1,2 кВ до 1,7 кВ): электромобили / гибридные электромобили (EV / HEV), солнечные фотогальванические инверторы, источники бесперебойного питания (ИБП) и промышленные двигатели (привод переменного тока).
⚫ Высокое напряжение (2,5 кВ, 3,3 кВ, 4,5 кВ и выше 6,5 кВ): энергия ветра, тяга локомотива, передача высокого напряжения / UHV и т. Д.
GaN
В силовой электронике используются силовые устройства GaN и другие типы силовых полупроводников. В основном силовая электроника использует различные твердотельные электронные компоненты для более эффективного управления и преобразования электрической энергии от чего-либо от зарядного устройства смартфона до большой электростанции. Среди этих твердотельных компонентов чип обрабатывает функции переключения и преобразования мощности.
GaN является идеальным выбором для этих применений. GaN основан на нитридах галлия и III-V и является широкополосным процессом, что означает, что он быстрее, чем традиционные устройства на основе кремния, и может обеспечить более высокий Напряжение пробоя.
Самым большим ингибитором роста устройства SiC могут быть устройства GaN. Первый транзистор GaN, соответствующий спецификации автомобильного AEC-Q101, был выпущен Transphorm в 2017 году, а устройство GaN, изготовленное на эпитаксиальных пластинах GaN-on-Si, имеет относительно низкую стоимость. По этой причине транзисторы GaN могут стать первым выбором для инверторов в конце 2020-х годов, который превосходит более дорогие SiC-МОП-транзисторы.
Инновационная структура Cascode Transphorm
В последние годы наиболее интересной новостью о силовых устройствах GaN является приход системных интегральных схем (IC) системы GaN, которые инкапсулируют транзисторы GaN с интегральными микросхемами кремниевых затворов или монолитными полными ИС GaN. Как только их производительность ориентирована на мобильные телефоны и Зарядные устройства для ноутбуков и другие высокопроизводительные приложения оптимизированы и, вероятно, будут широко доступны в более широких масштабах. И наоборот, разработка коммерческих силовых диодов GaN никогда не началась, поскольку они не обеспечивают значительную производительность по сравнению с устройствами Si. Преимущества, связанные с разработкой, оказались слишком дорогими и нецелесообразными. Диоды SiC Schottky были хорошо использованы для этой цели и имеют хорошую ценовую карту.