国内外碳化硅电力电子进展.pptxVIP

国内外碳化硅电力电子进展内容提要一、碳化硅的市场二、国外技术进展三、我国发展状况四、发展建议碳化硅相比于硅的优势与硅相比，碳化硅（4H-SiC）具有：10倍以上的临界电场强度 3倍禁带宽度3倍的热导率 工作于更高的温度和辐射环境更高的系统效率（损耗降低1/2）芯片面积1/5工作频率高， 10kV器件@20kHz单个器件更高的电压（20kV以上）可减小体积和重量：减少或免除水冷，免除笨重的50Hz变压器。600V-1200V 的碳化硅器件节能，高频的SiC二极管，目前用于高效电源（包括LED TV的电源）、太阳能逆变器。 等开关器件量产之后，将引领另一波增长，比如混合电动汽车可可以取消一路制冷，省油10%。比如5kW的 inverter，比硅系统小7倍，轻8倍，节能20%（同时满足）,非常适合在空间飞行器、飞机上的应用。1700V-6500V的碳化硅器件比如风力发电、电力机车。 2020年欧洲风能增加6倍，每个5兆瓦的风力发电机需要160兆瓦的电力电子器件，市场巨大。在这种更高电压，更大功率的应用中，碳化硅器件节能，高频优势更加明显。Cree已经推出1700V，25A二极管产品。 。高于10kV的碳化硅器件10kV的存取电系统：未来电网有更多的分布式新能源（太阳能，风能。。。），需要储存电能。降压，储存，升压这一个来回，SiC可以节能10%，并且去除笨重的60hz变压器。HVDC：中国西电东输。挪威的海上石油平台，欧洲海上风电场需要长距离高压输电。需要20kV或更高电压的碳化硅器件。低电压市场爆发增长，高压器件将陆续出货1.第一波市场是肖特基二极管：2008销售额达2300万美元，2010年已达1亿美元。（2010财政年度,2010年7月为止）。去年Cree 二极管销售增长120%。2005年以来平均68%的年增长率。2.器件价格不断下降。从2007年到2010年， Cree的碳化硅二极管价格降了3倍。这是通过三方面的措施实现的：增大晶圆、提高材料质量和工艺水平、扩大规模。Cree于07年，英飞凌于08年转为4寸生产线。为了进一步降低器件成本，Cree在2010年欧洲碳化硅会议上发布6英寸衬底, 一年后量产。同样的外延炉，6寸比4寸增加50%的有效面积。3. 英飞凌在2010年欧洲碳化硅会议上宣布，2011年量产碳化硅开关器件（JFET）。这将引领更大的市场增长。4.Cree已经推出1700V 二极管。市场拓展到马达驱动领域。材料的来源和质量2009年的统计，英飞凌和Cree每月各需要1500片4寸片。 Cree的4寸导电衬底基本被Cree和英飞凌瓜分，少量被意法半导体等拿到。大市场和垄断、高利润不可能并存，市场有巨大的扩产、降价和增大晶圆的压力。今年更多的供应商开始提供4英寸高质量衬底。比如II-VI半年内产能扩大到3倍，5年内衬底产量增到9倍（绝大部分来自电力电子衬底）。 II-VI公司准备明年发布6英寸。Dow Corning 大踏步进入衬底和外延市场。预计5年后，健全的6英寸产业链将打开白色家电的市场。3. 材料的质量： 材料供应商面临很大的压力提供零微管衬底。这是大电流器件必需的条件。 现在不仅Cree，II-VI，DowCorning已经具有零微管技术。 现在研究的热点是降低外延的缺陷：目前最好的外延缺陷水平0.7/cm2，已经大于衬底的缺陷密度，成为瓶颈。预计外延很快有大幅度的改良。东京电子2010年欧洲碳化硅会议上发布了碳化硅外延设备：6x6英寸。 节能减排的大背景2005年全世界碳排放28万亿吨，如果不采取措施，2050年会达到65万亿吨。采取积极措施之后，可以降到14 万亿吨，最重要的措施是：1.新能源：可以降低21%的碳排放。2.节省用电：高效用电技术可以减少24%的碳排放。碳化硅电力电子在以上两方面都有重要应用。节能方面比LED更有潜力因为照明（包括LED），只占20%的电能应用。80%的电能用于马达、电源。尽管Cree目前85%的利润来自LED。Cree公司宣称绝不放弃电力电子市场。 国外碳化硅器件研究状况SiC电力电子器件开关整流器 双极型二极管肖特基二极管（SBD、JBS）单极晶体管双极晶体管 IGBTPINBJT,GTOMOSFETJFET目前重点开发的器件类型：国外：多种器件系统研发，其中低功率SBD已经产品化。碳化硅器件开发机构列举美国 Cree: MOSFET、BJT、JBS、GTO GE: VDMOS, 模拟集成电路 Semisouth：JFET、JBS 日本 Rohm：MOSFET Mitsubishi：MOSFET AIST：MOSFET Hitachi: JFET DENSO：JBS KEPCO：模块欧洲 Infineon ：JBS, JFET Bosch：模拟集成电路碳化硅单极