Благодаря быстрому развитию современной технологии полупроводникового полупроводника, производительность мощных полупроводниковых устройств на основе кремния достигла его материального предела. Как основное устройство переключения питания на основе кремния,Si Igbtимеет преимущества низкой потери проводимости и низкой стоимости. Тем не менее, высокие потери переключения ограничивают его применение в высокой частоте переключения и преобразователях высокой плотности мощности.
По мере того, как полупроводниковый материал следующего поколения, признанный во всем мире как заменитель кремния, кремниевый карбид материал имеет преимущества большой полосовой зоны, высокой прочности поля, высокой скорости дрейфа насыщения и высокой теплопроводности. Он более подходит для высоких температур, высокого давления и высоких мощностей.
Среди них самый представительныйSIC MOSFETУстройство имеет чрезвычайно низкую настойчивости, более быстрая скорость переключения, более низкие потери переключения и более высокое напряжение разбивки. SIC MOSFET может значительно повысить эффективность и плотность мощности электронных преобразователей мощности. Это облегчает миниатюрную, легкую и более устойчивую к высокой температуре и высоким давлением, преобразователем электрического энергии. Он имеет широкие перспективы применения в новых приложениях энергии и гибридных транспортных средств.
Итак, может ли SIC MOSFET заменить Si IgBT? В чем разница между ними?Эта статья объединяет технологическую разработку этих двух энергетических полупроводников и сравнивает различия, преимущества, недостатки, направления применения и технические проблемы, с которыми сталкиваются каждый, чтобы помочь вам быстро понять и правильно выбрать соответствующее решение на основе характеристик вашего проекта.
Статья
По сравнению с Si IGBT, каковы преимущества SIC MOSFET?
Может ли SIC MOSFET полностью заменить Si IGBT?
По сравнению с Si IgBT, каковы недостатки SIC MOSFET?
Что такое si igbt?
С момента появления и применения тиристоров и силовых транзисторов, с непрерывным улучшением и улучшением устройств на основе SI, транзисторов Power (GTR), отключаемых тиристоров (GTO) и полупроводниковых транзисторов с металлическим оксидом (Mosfets ) появились один за другим. и электронные устройства питания, такие как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). По сравнению с другими силовыми устройствами на основе Si, Si IgBT представляет собой композитное полностью контролируемое силовое устройство, управляемое напряжением, состоящее из двух структур: BJT и MOSFET. Это силовое устройство не только имеет преимущества большой пропускной способности, уменьшенное напряжение проводимости и низкую стоимость, но также в то же время мощность движения невелика, а цепь управления движущей силой проста. Следовательно, это мощное устройство широко использовалось в разных преобразователях.
Размер рынка Si igbt
Исследование данных от компании по исследованию бизнеса указывает, что глобальный размер рынка SI IGBT будет расти с 7,27 млрд. Долл. США в 2022 году до 8,42 млрд. Долл. CAGR 16,0%. С точки зрения производителей SI IGBT вверх по течению, почти 70% мирового рынка SI IGBT в настоящее время занимают такие компании, как Infineon, Mitsubishi Electric, Fuji Electric, ABB и полупроводник. С точки зрения SI IGBT вниз по течению применения, новые энергетические транспортные средства, потребительская электроника и промышленная контроль составляют в общей сложности 78%, а три основные отрасли составляют 31%, 27% и 20% соответственно. Среди них, в частности, новые энергетические транспортные средства являются основной движущей силой быстрого роста рынка Si IgBT.
Развитие узких мест Si Igbt
Однако в последние годы, ограниченный теоретическим пределом эффективности, определяемый характеристиками материала SI, разработка Si IgBT столкнулась с узкими местами, в основном в следующих аспектах:
«Затронута током хвоста, скорость переключения ограничена. Хотя внутренняя структура Si IgBT постоянно оптимизируется, чтобы эффективно повысить скорость переключения из-за влияния тока хвоста при отключении устройства питания, улучшение скорости отключения все еще ограничено, что означает, что Si Потеря отключения IGBT не может быть эффективно уменьшаться.
② В диапазоне высокой мощности на резистентности сильно меняется. Поскольку у Si IgBT есть характеристики, аналогичные характеристикам перехода PN при проведении вперед, это мощное устройство не может поддерживать низкую на воздействии в широком диапазоне мощности, особенно когда уровень мощности низкий, проводимость Si IgBT потери относительно велики.
«Привлеченная к температуре соединения устройства, устойчивость сильно изменяется. Поскольку Si IgBT имеет положительную характеристику температурного коэффициента, его внутренняя пристойчивость к повышению при условии повышения температуры соединения. Следовательно, когда питание работает при более высокой температуре соединения, потери больше.
Таким образом, низкая скорость переключения и высокая потеря мощности Si IgBT ограничивает дальнейшее снижение пассивного фильтра и радиатора в инверторе, что затрудняет устройство для удовлетворения требований применения для повышения эффективности и плотности мощности. Особенно в области новых энергетических транспортных средств традиционные чипы Si IgBT достигли физических ограничений материалов в высоковольтных моделях быстрого зарядки, поэтому новые энергетические транспортные средства начали охватывать SIC.
По сравнению с Si IGBT, каковы преимущества SIC MOSFET?
① Более высокая теплопроводность облегчает рассеивание тепла, что делает SIC MOSFET, обладает более высокими характеристиками рабочей температуры, чем Si IgBT, то есть стабильность значительно улучшается во время высокотемпературной работы.
«Более высокая скорость насыщения электронов заставляет SIC MOSFET иметь более низкую пристойчивость на диапазоне больших изменений температуры соединения и изменений мощности, поэтому электроэнергическое устройство имеет низкую потерю проводимости.
«Более высокая электронная подвижность позволяет SIC MOSFET иметь более высокую скорость переключения, поэтому рабочая частота мощного устройства может быть выше.
④ Более широкая полосатая плать позволяет SIC MOSFET иметь более высокую способность противостояния напряжения.
SIC MOSFET преимущество
Основываясь на вышеупомянутых преимуществах и с постоянным улучшением технологии производства карбида кремниевых карбидов, цена SIC MOSFET значительно упала. Таким образом, SIC MOSFET постепенно повышался до фотоэлектрических инверторов, электромобилей, источников питания, связи базовых станций, железнодорожного транспорта и других применений. поле.
Согласно статистике исследований TrendForce, два лучших применения компонентов SIC Power находятся в области электромобилей и возобновляемых источников энергии, которые в 2022 году достигнут 1,09 млрд. Долл. США и 210 млн. Долл. SIC Power Component Рынок выходной стоимость. Благодаря разъяснению проектов сотрудничества между полупроводниковыми, инфинеонами и другими автомобильными и энергетическими компаниями, общая выходная стоимость рынка компонентов Power Power составит 2,28 млрд. Долл. США в 2023 году с годовым ростом на 41,4%. Ожидается, что к 2026 году выходная стоимость рынка компонентов Power Power составит 5,33 млрд. Долл. США. Основные приложения по -прежнему полагаются на электромобили и возобновляемые источники энергии. Выходная стоимость электромобилей может достигать 3,98 млрд. Долл. США, с среднем примерно 38%; Возобновляемая энергия может достигать 410 миллионов долларов США, примерно в CAGR примерно 19%.
Может ли SIC MOSFET полностью заменить Si IGBT?
Ответ — нет. Хотя SIC MOSFET быстро развивается, SI IGBT пережил узкое место в развитии. Тем не менее, на этой стадии все еще возникают некоторые проблемы с SIC MOSFET, что не только предотвращает его эффективно встряхивать доминирующее положение Si IGBT в качестве силового устройства, но и ограничивает масштабное промышленное продвижение и применение SIC MOSFET.
По сравнению с Si IgBT, каковы недостатки SIC MOSFET?
① Из-за высокой плотности дефектов материалов SIC, конструкции устройства SIC и зрелости процесса, низкого выхода продукта и надежности, номинальный ток одноотличного MOSFET намного меньше, чем номинальный ток одноколонного Si IGBT, который ограничивает SIC MOSFET движется к более высоким уровням мощности. В настоящее время коммерческий Mosfet Rohm Semiconductor Group 1200V SIC (SCT30222KLHR) имеет максимальную мощность в текущей норве 95A, а коммерческий MOSFET 650V SIC (SCT3017AL) имеет максимальную пропускную способность 118A; Дискретное устройство Cree's Commercial 1200V SIC (C3M0016120D) имеет максимальную пропускную способность с током 115A, коммерческое устройство 650V SIC SIC (C3M0015065D) имеет максимальную пропускную способность с током 120A; Коммерческое дискретное устройство Infineon 1200V Si IGBT (IKY75N120CH3) имеет максимальную пропускную способность переносимости до максимальной пропускной способности от дискретного устройства 150A, 650V SI IGBT (IGZ100N65H5), может достигать 161A. Фактически, разрыв в пропускной способности тока между двумя типами модулей мощности еще больше. Текущая пропускная способность модуля Si IgBT превышает току, носящую способность модуля MOSFET SIC более чем в 5 раз.
② Долгосрочная операция. Надежность SIC MOSFET по-прежнему хуже, чем у Si IGBT, что ограничивает применение этого питания в области конверсии мощности с высокой надежностью. По сравнению с Si IGBT, SIC MOSFET в основном отражается в его способности короткого замыкания и недостаточной надежности оксида затвора при высокой температуре и сильном электрическом поле.
③ Затронутые факторами, такими как высокая стоимость материала SIC, сложный процесс изготовления устройств и низкий уровень продукции, стоимость SIC MOSFET по-прежнему имеет большой разрыв по сравнению с аналогичными дискретными устройствами Si IgBT, что препятствует масштабной индустриализации пропаганды устройств SIC. Цена за единицу дискретных устройств SIC MOSFET в 3-15 раз превышает стоимость дискретных устройств SI IGBT, а при улучшении текущей пропускной способности разрыв в цене становится шире и шире.
④ Скорость переключения MOSFET SIC быстрее, что означает, что электроэнергическое устройство будет генерировать более высокий DV/DT и DI/DT в процессе переключения, что будет генерировать более серьезный проведенный шум EMI и угрожать производительности и надежности преобразователя. Следовательно, использование SIC MOSFET будет выдвигать более высокие требования для подавления шума EMI конвертера.
Основываясь на вышеуказанных характеристиках, MOSFETS SIC не подходят для некоторых недорогих сценариев применения с низким энергопотреблением. Следовательно, очень трудно полностью заменить Si igbts на очевидные преимущества затрат. Кроме того, с развитием технологии упаковки производительность и плотность мощности устройств Si IGBT становятся все выше и выше. В то же время продукты, разработанные для различных приложений, могут быть специально оптимизированы для повышения производительности устройств SI в системе, тем самым повышая производительность системы и производительность затрат.
В заключение
В динамичном мире электроники электроники выбор между SIC Mosfets и Si IGBT зависит от различных факторов, таких как требования к применению, цели эффективности и соображения бюджета. Обе технологии имеют свои преимущества и проблемы, и по мере развития области электроники, так же как и возможности SIC Mosfets и Si Igbts. SIC Mosfets сияют из-за их высокоскоростной переключения, более низких потерь и потенциала для повышения плотности мощности, что делает их подходящими для высокочастотных и высокоэффективных применений. С другой стороны, Si IGBTS преуспевает в приложениях, требующих высокого напряжения и возможностей обработки тока, что вызывает баланс между скоростью переключения и эффективностью.
Нужна помощь?
