躋身第三代半導(dǎo)體市場(chǎng) ST助力全球碳中和

Edoardo MERLI

隨著第三代半導(dǎo)體的工藝越來(lái)越成熟和穩(wěn)定，應(yīng)用在工業(yè)和電動(dòng)汽車上的產(chǎn)品也變得多樣化。作為半導(dǎo)體行業(yè)中的佼佼者，意法半導(dǎo)體同樣重視第三代半導(dǎo)體帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)作用，推出了有關(guān)氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）的一系列產(chǎn)品，有力地推動(dòng)了第三代半導(dǎo)體在電動(dòng)汽車和工業(yè)領(lǐng)域上的應(yīng)用發(fā)展。

據(jù)調(diào)查，工業(yè)領(lǐng)域中將電力利用效率提升1%，就能節(jié)約95.6億千瓦時(shí)的能源。這意味著節(jié)約了15個(gè)核電站的發(fā)電量、減排3 200萬(wàn)噸二氧化碳，或者是數(shù)千桶的石油。

ST進(jìn)入第三代半導(dǎo)體雙賽道

ST擁有多項(xiàng)新能源科技，其寬禁帶技術(shù)已經(jīng)催生出一系列相關(guān)應(yīng)用。電力科技對(duì)實(shí)現(xiàn)高效用能與節(jié)能降耗起著關(guān)鍵作用，其中的重點(diǎn)就是碳化硅和氮化鎵這兩種新材料。

寬禁帶半導(dǎo)體擁有工作電壓高、開(kāi)關(guān)速度快、工作溫度高、導(dǎo)通電阻低、產(chǎn)生熱量少、耗散功率低、能效高這些優(yōu)勢(shì)，節(jié)能效果非常出色。整條電力轉(zhuǎn)換鏈，從發(fā)電側(cè)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)輸配電、儲(chǔ)電和變流，再到最終的用電側(cè)也就是終端用戶。毫無(wú)疑問(wèn)，以碳化硅和氮化鎵為主的全新電力科技能夠在整條電力轉(zhuǎn)換鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮作用，做出卓有成效的貢獻(xiàn)。

碳化硅與氮化鎵導(dǎo)體能夠滿足的需求略有不同，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是帶來(lái)更強(qiáng)的電能。碳化硅能夠提升開(kāi)關(guān)頻率，氮化鎵消耗的電能更少。

碳化硅提升效率

以電動(dòng)汽車制造為例，碳化硅可用于制造牽引逆變器、充電樁、DC-DC轉(zhuǎn)換器等配套設(shè)備，這些能夠帶來(lái)更長(zhǎng)的行駛里程、車輛自重的減輕等優(yōu)勢(shì)。除此之外當(dāng)然還有性能更強(qiáng)的電動(dòng)汽車充電站，碳化硅能夠加快充電速度，縮短充電時(shí)間，從而促進(jìn)電動(dòng)汽車的推廣和普及。

碳化硅的工業(yè)應(yīng)用還包括提高服務(wù)器和數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)器的供電效率，此外還可應(yīng)用于自動(dòng)化的工業(yè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)制造，碳化硅能夠讓設(shè)備體積、尺寸和重量減小，最終會(huì)降低用戶總體成本，而在可再生能源、太陽(yáng)能電站、風(fēng)車和服務(wù)器供電站等領(lǐng)域也有同樣作用。

碳化硅逆變器相比IGBT逆變器的優(yōu)勢(shì)，包括總芯片面積、開(kāi)關(guān)損耗、總損耗和結(jié)溫，更好的溫度管理、充電速度的明顯提升。

氮化錢推出新品

2021年12月意法半導(dǎo)體發(fā)布了PowerGaN解決方案，其中大部分是面向消費(fèi)者的解決方案。利用氮化鎵材料大小只有過(guò)去材料的1/4，重量只有1/3，功率提升50%，能耗降低20%。目前意法半導(dǎo)體利用氮化鎵技術(shù)生產(chǎn)的100 V到650 V各類產(chǎn)品將會(huì)陸續(xù)出爐。

在氮化鎵方面，意法半導(dǎo)體將繼續(xù)推廣PowerGaN，并在其路線圖中輸入電壓從650 V開(kāi)始的G-FET、G-DRIVE和G-HEMT產(chǎn)品。在現(xiàn)有的G-HEMT產(chǎn)品中，公司又將增加100 V產(chǎn)品，進(jìn)一步擴(kuò)大氟化鎵產(chǎn)品組合，增加導(dǎo)通電阻不同的晶體管產(chǎn)品。意法半導(dǎo)體還繼續(xù)推廣MasterGaN系統(tǒng)級(jí)封裝。像碳化硅產(chǎn)品一樣，意法半導(dǎo)體的氮化鎵產(chǎn)品也采用各種封裝，例如，QFN等分立封裝，以及可以集成電池的新封裝STLISI。公司將繼續(xù)研究嵌入式裸片封裝技術(shù)，以便進(jìn)一步提高封裝的集成度。此外，到年底還將推出第一款GaN射頻晶體管產(chǎn)品。