碳化硅(SiC)在各行业的应用已经有数百年历史。如今，它作为半导体材料比以往任何时候都更受市场的欢迎，这主要得益于它在工业领域的广泛应用。ZUlesmc
在本文中，我们将探讨SiC为什么会突然流行，哪些化学特性支撑它成为如此好的工业应用材料，以及有哪些应用在推动SiC需求的增长。ZUlesmc
关于SiC的一些概念
SiC在电子领域中的应用，可以追溯到20世纪初，但直到20世纪90年代，它作为半导体材料的应用，才真正开始受到业界的重视。也正是在这个时间点，SiC首次被用做肖特基二极管、场效应晶体管和MOSFET。SiC的化学特性使其特别擅长处理高频、高功率和高温负载。只不过，即使是到了2022年，碳化硅晶圆的生产仍然非常困难，这导致它的普及进度十分缓慢。ZUlesmc
在自然界中，SiC是一种极其罕见的物质，它主要存在于陨石的残余物中。当然，SiC也可以被人工合成，只是存在边缘错位、三角形缺陷等问题，这阻碍了SiC半导体的商业化进程。尽管SiC适用于许多潜在应用，但目前落地的应用还相对较少。ZUlesmc
SiC是宽禁带半导体材料，比传统硅这类半导体材料有更大的能量差，具备更高的热导性能和电子性能，这些特性让SiC材料成为高功率、高温和高频应用的明星。事实上，相较于硅半导体器件，SiC器件的介电击穿强度可高10倍以上、能带隙和导热系数大3倍以上。这些性能优势可以提高系统整体效率、功率密度，降低系统损耗。ZUlesmc
如前文所述，SiC半导体材料来应用已为人所知，但因生产困难使得普及速度缓慢。现在，Wolfspeed、Infineon(英飞凌)、onsemi(安森美)等企业改进了SiC的制造工艺，这基本上让“担心SiC器件质量问题”的质疑成为过去式。ZUlesmc
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哪些应用在推动SiC的发展？
目前，具有SiC专业知识的半导体制造商，发现自己正处于非常有利的位置。制造工艺显著改进，提高了SiC的产量和可靠性。同时，对SiC材料性能要求更高的应用迅速增加，SiC设备市场也正以惊人的速度增长。ZUlesmc
让我们看看SiC正在哪些行业站稳脚跟。ZUlesmc
·电动汽车
SiC半导体增长最快的市场是电动汽车及其充电系统。SiC是当前电机驱动的最优选择，不仅适用于电动汽车，也适用于电动火车。ZUlesmc
电机驱动系统通常要求体积更小、重量更轻，SiC具备高性能尺寸比、可帮助系统减少尺寸和降低重量，这是提高电动汽车效率的关键因素。ZUlesmc
另外，SiC也适用于车载充电系统应用。众所周知，阻碍电动汽车普及的最大障碍是充电时间过久，制造商正在寻找缩短充电时间的方法——在很多人看来这个方法就是SiC。在非车载充电解决方案中使用SiC功率器件，通过利用SiC的快速开关速度和高功率传输性能，电动汽车充电站运营商把汽车充电时间缩短了2倍以上，为电动汽车消费者提供了更好的充电性能。ZUlesmc
·数据中心和不间断电源
许多企业正在考虑进行数字化转型，数据中心在垂直领域的作用也越来越大。数据中心可充当各种关键任务数据的中枢神经系统，对持续地改善和优化业务运营至关重要，不过这也付出了相应的代价——数据中心的运营需要消耗大量的电力。ZUlesmc
据国际能源署(IEA)估计，数据中心消耗了全球1%的电力，这还不包括加密货币挖矿所消耗的电力。这种能源消耗的重要驱动因素之一是——维持数据中心设备温度所消耗的电力，比如空调和风扇系统需要每时每刻都运行。ZUlesmc
SiC材料具有更高的热效率，能够在不牺牲性能的情况下运行冷却器。据Wolfspeed介绍，使用了SiC器件的电源具有更好的热性能，可节省多达40%的冷却能源成本。此外，随着功率密度的提升，使用SiC器件能助力数据中心运营商，能在更小的空间中安装更多的服务器设备。ZUlesmc
数据中心另一个重要组成部分是不间断电源(UPS)，它有助于确保系统即使在停电时也能正常运行。SiC因其可靠性、高效率特性，以及可提供低损耗清洁电力，在UPS设计中占有一席之地。UPS把直流电源转换为交流电源时会出现损耗——这种损耗缩短了UPS的后备电源时间。SiC有助于减少这些损耗，从而增加UPS蓄电池容量。由于SiC具备更高的功率密度，UPS系统可在不增加占地面积的情况下提供更高的性能，这是数据中心服务商在空间受限条件下的关键考虑因素。ZUlesmc
SiC是未来主流的半导体材料
整个市场对电动汽车、数据中心的需求日益增长，以支持物联网、软件和其他数据密集型运营所产生的数据，SiC毫无疑问将是未来主流的半导体材料。ZUlesmc
同时，制造商也开始扩大SiC产品的供应，生产工艺也在不断改进、成本不断降低。随着相关应用的增长，未来几年内SiC仍将是半导体设计的关键部分。ZUlesmc
本文翻译自《国际电子商情》姊妹刊EETimes US,原文：SiC Semiconductors and the Future of the IndustryZUlesmc
责编：Clover.li
