宽带隙 (WBG) 材料在电源应用的前景

宽带隙 (WBG) 材料逐渐在电源管理和其他应用的成本效益分析中幸存下来，电动汽车可能会推动采用成本高但性能更高的碳化硅，并按降序排列氮化镓器件。使用 WBG 半导体可产生超过 95% 的潜在效率，大大扩展范围。

功率转换器是利用可再生能源进行运输和工业应用的关键组件。为了促进功率转换器设计所需的进步，可以选择基于碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 的新型 WBG 半导体技术。

如今，越来越多的汽车制造商涉足电动汽车 （EV） 开发，但是电动汽车的驾程过短却始终是个问题。尽管采用空气动力学设计、更轻质的材料、更高效的功耗等方法确有成效，但这还远远不够。汽车电力电子设计人员还需要使用先进的宽带隙半导体（WBG） 材料来满足能效和功率密度要求。

这些材料主要由氮化镓 （GaN） 和碳化硅 （SiC） 组成，是对硅（Si） 金属氧化物半导体场效应晶体管 （MOSFET） 和绝缘栅双极晶体管（IGBT） 等现有半导体技术的改进。因而，由这些材料制成的半导体损耗更低、开关频率更快、工作温度更高、击穿电压更高，并且在恶劣环境中更坚固耐用。随着汽车行业转向使用容量更高、充电时间更短、总损耗更低，并且可在高电压下工作的电池，WBG材料变得尤其有用。

与硅和 GaAs 半导体相比，更宽的带隙转化为更高的击穿电压和在高温下工作的可能性，同时降低辐射敏感性而不损失电气特性。

长期以来，成本一直阻碍着 GaN 和 SiC 的部署，但越来越多的行业分析师和 WBG 推动者指出，SiC 和 GaN 技术在系统层面具有潜在的成本节约潜力。除了更好的性能外，这些化合物半导体还有望减少电源管理应用中的组件数量。

行业分析师正在采取观望态度，但预测充满活力的电动汽车市场可能会推动对 SiC 组件的持续需求，同时推动 GaN 器件的更广泛采用。新兴应用包括电动汽车逆变器和快速充电基础设施。

我们在最新的特别项目中介绍了技术和设计滨水区。

Yole Développement是我们宽带隙特别项目的贡献者，预测到 2026 年 SiC 市场将突破 40 亿美元，这主要得益于芯片领域的“最佳位置”——电动汽车和混合动力电动汽车。同时，Yole 预测 GaN 的收入到 2026 年可能达到 10 亿美元。

市场跟踪机构预测，如果 GaN 技术进入电动汽车动力系统，新兴技术可能会进入快车道，取代可靠但功能较弱的硅支柱。

在其他地方，我们考虑了 WBG 材料的前景和缺陷，包括在电源管理方案中如何以及在何处实施。

直到最近，SiC 和 GaN 技术仍是寻找问题的昂贵解决方案。在蓬勃发展的电动汽车领域，电源管理应用似乎是前进的方向。任何可以帮助从电动汽车电池（电动汽车中最昂贵的组件）中挤出更多续航里程的电子技术都可以为动力传动系统提供动力。

如果正如 WBG 技术的支持者所断言的那样，系统级优势超过了前期成本，那么 SiC 以及最终的 GaN 器件确实可以迎来所称的“全电动未来”。