第三代半導體SiC發展應用於電動車 - 工程師

第三代半導體SiC發展應用於電動車

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由於，目前矽半導體已達到物理極限，若要在矽基功率元件(如Si-MOSFET等)高耐壓、耐
高溫、降低單位面積阻抗等參數作大幅改善，則需要採用寬能隙半導體材料如SiC(碳化矽
)或GaN來替代。其中，SiC半導體的寬能隙(band gap)比現有的矽半導體寬3倍以上，可以
承受10倍以上的電壓，多用於在電動車逆變器（inverter）、車載充電器、太陽能變流器
和工業設施中。

碳化矽（SiC）半導體產能正在迅速擴展。日本半導體製造商Rohm於2021年1月18日宣佈，
已完成在福岡筑後（Chikugo）的SiC碳化矽晶圓廠建設，目標在2021年完成引進設備，
2022年正式開始運營。

同時，韓國半導體設計公司Silicon Works已選定碳化矽半導體作為新的核心業務，這似
乎與LG近期加快發展汽車電子業務有關。根據預測，隨著大型企業進入，韓國SiC晶片設
計市場的規模將逐漸擴大，目前為止，這個市場主要由中小企業佔據，例如：United SiC
、漢磊等，或是全球主要大廠包括科銳（Cree）、意法半導體（STMicro）、英飛淩（
Infineon）、羅姆（ROHM）及瑞薩（Renesas）。

至於台灣廠商，漢磊在碳化矽、氮化鎵領域，著墨最深的指標大廠，漢磊的650伏特高壓
氮化鎵已經通過電動車的車用標準認證，並且開始逐漸導入。至於韓國本土SiC相關企業
包括RFHIC和Metal Life

目前量產的SiC晶圓尺寸多在4~6吋，然矽晶圓己達12吋。雖然，三年來以來，碳化矽、氮
化鎵等化合物成本，已下降20％至25％，將有利於終端產品導入第三代半導體的比率逐漸
增加。而且，SiC著重在功率元件所產生的延伸效益，例如能耗損失少（包括導通損耗及
開關損耗）、被動元件使用數降低、散熱系統得以簡化、減少電費及電池容量等，因此從
系統面來看，仍有利於總成本的降低。

若從電動車應用來看，SiC較GaN展現出較大優勢，原因是電動車屬高壓、大電流的應用場
景。目前SiC功率元件應用在電動車，SiC導入動力系統中的逆變器時程比預期快，其中，
Tesla Model 3長程版的車款，其逆變器由24個SiC MOSFET所構成，其續航力較其他同級
車款具更長的表現，達560公里。未來SiC在逆變器應用會愈來愈普及。還有，SiC功率元
件導入OBC（車載充電器），目前觀察中國及歐系車廠導入速度較快，為了縮短充電時間
，OBC功率規格從過去的3.3kW、提升至22kW。

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