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正面挑戰SiC GaN緩步進軍中功率市場

文‧陳妤瑄 發布日期:2016/10/24 關鍵字:氮化鎵碳化矽電動車豐田台達電再生能源

電動車與再生能源越來越受到重視,也為聚焦於中功率、高功率的碳化矽(SiC)創造大量需求。然而,當碳化矽乘著節能減碳的浪潮,一躍成為功率電子的當紅炸子雞之際,在中、低功率應用具備優勢的氮化鎵(GaN)也緊追在後。研究機構預期,碳化矽與氮化鎵將自2020年起,在中功率市場產生競爭關係。

台達電技術長暨總經理張育銘表示,以前電力電子的廠商其實不多,不過近期隨著碳化矽、氮化鎵的半導體元件越來越多,這部分的市場是值得期待的。另外,若以功率設備來看,傳統的火力發電、核能發電所用的電力電子比較少,不過新興再生能源就不同了,風力電發電中的電力轉換器扮演相當重要的角色,而太陽能發電的光伏逆變器(PV Inverter),所占比重也很重。

談到目前碳化矽晶圓的市場情形,Epiworld總經理馮淦表示,現今應用最為廣泛的是4吋晶圓,而6吋的市場需求量也越來越高,不過從4吋到6吋的轉變並沒有預期的快,雖然6吋的價格成本更有優勢,但主要問題在於6吋碳化矽的外延材料品質,還無法達到一定水準。他認為,在2~3年內,4吋的商機仍是可期的。

在車用功率半導體導入碳化矽方面,豐田專案總經理濱田公守表示,為達成「豐田環境挑戰2050」的目標,豐田積極發展下世代車用功率半導體。近年來豐田開始嘗試在電動車中導入碳化矽MOSFET、碳化矽JBS二極體,並於2015年2月開始進行實車路測。測試結果發現,碳化矽元件可改善能源效率的關鍵技術,其表現明顯勝過於矽元件。

濱田進一步分析,採用碳化矽的電源控制系統中具備更高頻率的控制,且功率模組、線圈、電容器的尺寸也明顯縮小。不過同時他也表示,未來並不排除採用氮化鎵作為提升燃料效率的功率半導體。

Yole Developpement功率電子暨化合物半導體事業單位經理Pierric Gueguen認為,碳化矽主要適用於600V以上的高功率應用,氮化鎵則適用於200~600V中功率應用。不過根據Yole的預測,到了2020年,氮化鎵將進一步往600~900V發展,屆時勢必會開始與碳化矽產生競爭關係。

由於氮化鎵鎖定中低功率應用,其應用市場規模要大於中高功率,因此Yole預估,氮化鎵元件2015年~2021年的成長率將達83%,其中電源供應器(Power Supply)將占相當大的一部份,近六成左右,而碳化矽同期的成長則相對緩慢,成長率約在21%左右。

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