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在2018年11月6至8日於上海舉辦中國汽車工程學會年會暨展覽會（SAECCE）上，全球知名半導體製造商羅姆（總部位於日本京都）攜多款新產品亮相。在同期舉辦的「新能源汽車及混合動力技術分論壇」上，羅姆半導體（北京）有限公司設計中心所長水原德健先生發表了「面向新能源汽車的SiC（碳化矽）解決方案」的主題演講。會後，水原德健還就SiC在汽車行業應用的優勢、趨勢等話題接受了汽車制動網的專訪。
水原德健在「中國汽車工程學會年會暨展覽會（SAECCE）」現場發表演講
如業內人士所知，時至今日，半導體產業發展經歷了三個階段，第一代半導體材料以矽（Si）為代表；第二代半導體材料砷化鎵（GaAs）也已經廣泛應用；第三代半導體材料則以氮化鎵（GaN）和碳化矽（SiC）、氧化鋅（ZnO）等寬禁帶為代表。相較前兩代產品，第三代半導體材料具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度、高遷移率等特點，非常適用於製作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。
第三代半導體材料SiC的「三高」
據水原德健介紹，相比Si材料，第三代的SiC具有「三高（高溫、高壓、高頻）」等綜合優勢。在耐高溫方面，SiC材料可達到250℃，比Si高出50℃。採用SiC材料，器件的散熱板可以設計的小一些，外觀尺寸更緊湊（輕量化）。在耐高壓方面，Si材料的耐壓瓶頸在900V左右，雖然也能在1200V，甚至1500V下工作，但性能特性會有所下降，如果要達到1700V或以上，則必須要使用第三代的SiC材料。因為SiC材料擊穿場強（Breakdown Electriic Field）指標幾乎能達到Si的10倍。在滿足高頻響應方面，SiC材料的開關速度更快，使得器件內的電阻、電感、線圈能以更小、更緊湊的尺寸滿足系統需求。其中，線圈的尺寸可縮小至原先的1/10。
↑在滿足同等性能特性的需求時，採用具有高溫、高壓、高頻優勢的SiC材料製作的功率器件，可以比Si更薄、更輕、更小巧。
水原德健表示，在滿足同等性能特性的需求時，採用具有高溫、高壓、高頻優勢的SiC材料製作的功率器件，可以比Si更薄、更輕、更小巧。無疑，SiC材料「三高」特性正好滿足了新能源汽車的應用所需。就目前SiC材料發展而言，在新能源汽車中的主要應用包括：車載充電器、DC/DC電壓轉換器、主機逆變器以及無線充電。他預計，採用SiC的功率器件有望在2022年出現爆發式增長。同時，車載充電器採用SiC材料，可做到更高的充電效率、更長的續駛里程。
活動現場，羅姆展示了其與Formula-E參賽隊-文圖里（Venturi）車隊合作的技術成果示意圖。水原德健說，雙方的合作起步很早，從2016年的第三賽季就開始了。幾年來，在Formula-E賽車電力驅動主逆變器上的應用演進，也驗證了SiC元器件的性能優勢。例如，同為200kW功率，第三賽季相比第二賽季傳統的逆變器，採用SiC材料後總量減輕了2kg、尺寸縮小了19%。而第四賽季應用了全SiC模塊的主逆變器（220KW）相比第二賽季，做到減重6kg、體積縮小43%。
現場展示的Formula-E宣傳海報
SiC材料新能源汽車應用增勢驚人
權威機構統計數據顯示，2017年，羅姆位列SiC市場前三甲，而且與排名前兩位的市場份額非常接近。
採訪中，水原德健詳細介紹了羅姆SiC的發展歷史。他說，早在2002年，公司就開始進行SiC材料的基礎研發。2009年收購了SiC晶圓供應商德國SiCrystal公司， 2010年，完善並確立了羅姆在SiC器件領域一條龍的生產體系，羅姆第一代肖特基勢壘二極管量產，是當時日本首家、全球第4傢俱備該量產能力的半導體廠商。同年12月，羅姆作為全球第一家公司量產了SiC MOSFET。2012年，羅姆SiC全模塊產品開始量產。2015年，採用創新的溝槽構造的第二代SiC MOSFET投產。相比第一代採用平面構造的產品，第二代產品晶片尺寸更小，並通過導通電阻的降低，使得器件具備更大的通過電流（功率）。最新的第三代SiC功率器件也於2017年11月開始量產。
談到SiC全球應用概況，水原德健說，2013年起SiC材料開始逐步被使用。目前，SiC材料主要應用於這四大市場：風電、太陽能等綠色能源領域；服務器等信息和通信（ICT）行業；新能源汽車；工業控制。他坦言，受較高成本的限制，除了個別車型外，目前SiC材料在新能源汽車上的應用還未普及開。不過，展望未來，新能源汽車應用增長是最快的。據行業最新統計和預測，SiC材料全球市場規模將從2017年的4億美元快速增長到2025年的16億美元，樂觀的預測甚至能達到34億美元。水原德健透露，為了把握SiC材料快速增長的機遇，羅姆計劃分批投入共計600億日幣，至2025年時將SiC的產能提升至2017年的16倍。力爭到2025年，羅姆能在全球SiC市場的份額達到30%。
羅姆半導體（北京）有限公司設計中心所長 水原德健
文章來源：汽車制動網chebrake.com
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