集微网消息，7月21日，第九届EEVIA年度中国电子ICT媒体论坛暨2021产业和技术展望研讨会在深圳成功举办，英飞凌电源与传感系统事业部市场总监程文涛在会上发表了以《低碳互联时代的第三代半导体技术发展演进》为主题的演讲。
能源效率、移动出行、安全、物联网和大数据将推动半导体行业快速增长，也是英飞凌重点关注的领域。
程文涛表示，碳达峰是现在很热的话题，全球能源的消耗量导致二氧化碳的排放量与日俱增，极端天气也在频频出现在全球各地。
因此，如何减少排放成了全人类共同的命题，而高能效解决方案对于促进全球发展和满足由此产生的能源需求越来越重要。
硅基半导体物理极限来袭，第三代半导体接棒前行
“全球每年消耗的能量约为16万TWH，其中电力能源占了大概三分之一，但发电损耗占比非常高，比如利用矿物燃料来发电的火电厂发电损耗高达50%，而每发一度电要排放二氧化碳约490g。如果能在发电的过程中，把发电损耗减少的话，就能够为碳达峰、为减排做出很重要的贡献。”程文涛表示，英飞凌深度参与能源转换的链条，为电力产业链的每个环节提供半导体，助力电力全产业链能效提升，我们希望做出自己的贡献。
在碳达峰的背景下，由于具备可提升能源转换效率的特点，以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体将“得以重用”。
程文涛指出，硅基半导体目前从架构、可靠性、性能的提升等方面，基本上已经接近了物理极限。英飞凌预计在未来几年的两代产品中就将接近硅的物理极限，而第三代半导体将接棒硅基半导体，持续降低导通损耗，在能源转换的领域作出贡献。
在超过Titanium，η=98% 3kW SMPS的前提下，对比基于Si/ SiC或GaN的LLC解决方案来看，虽然Si、SiC和GaN都能达到所必需的效率，但只有GaN能以高频率实现这一点，这意味着GaN是同时实现最高效率、功率密度和低成本的关键。
可靠性和价格是制约第三代半导体器件商用的限制因素
尽管第三代半导体器件拥有高禁带宽度、高饱和电子漂移速度、高热导率、导通阻抗小、体积小等优势，但目前整体市场规模并不大。
程文涛表示，作为一个新的领域，第三代半导体器件还有很多失效模式并没有被完全理解消化。
以氮化镓为例，到目前为止，氮化镓在功率转换领域的商用规模还不够大，而商用规模不够大的时候，一些潜在的可靠性的问题，就不足以把它暴露出来。因此，市场选择快充来验证氮化镓的可靠性。
程文涛表示，现在基本上每一个做电源转换产品的大厂商，都在涉足第三代半导体。而英飞凌的优势在于设计过程中采用的器件结构，比如，当前大多数功率开关器件产品采用的是平面型结构，难以在导通损耗和长期可靠性上得到平衡，但英飞凌的碳化硅器件采用了沟槽式结构，就能很好解决了上述难题。
当前，业内有言论称，第三代半导体会全面取代硅器件。
对此，程文涛指出，我们认为不会，至少在可见的将来不会。从性价比的角度来说，在非常宽的应用范围中，硅基半导体目前依然是不二之选。第三代半导体目前在商业化上的瓶颈就是成本很高，虽然在迅速下降，但依然远高于硅基半导体。
“当然，我们可能在市面上看到一些定价接近硅基半导体的第三代半导体器件，但并不代表它的成本就接近硅基半导体，那是一种商业行为，就是通过低定价来催生这个市场。但是第三代半导体以目前的工艺成本还是远高于硅基半导体。”
程文涛认为，在我们可预见的将来，硅基半导体还是会占据大部分市场，碳化硅主要用在高功率、高电压的场景，氮化镓主要是用在追求超高频率的场景，手机快充就是一个很显著的例子。
受限于可靠性和价格因素，第三代半导体整体商用规模还不大，但在部分重视能源转换效率，对价格又不太敏感的领域，第三代半导体器件的用量将得以迅速提升。
“到2025年，全球可再生能源发电有望超过燃煤发电，将推动第三代半导体器件的用量迅速增长。”程文涛指出，在用电端，由于数据中心、5G通信等场景用电量巨大，省电的重要性凸显，也将成为率先采用第三代半导体器件做大功率转换的应用领域。
（校对/GY）
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