碳化硅与氮化镓的未来:第三代半导体的崛起与挑战
来源:ictimes 发布时间:2024-07-23 分享至微信

过去一年,特斯拉宣布放弃碳化硅(SiC),引发了市场的广泛关注。然而,令人惊讶的是,尽管这一决定似乎预示着碳化硅的衰退,但第三代半导体技术——尤其是氮化镓(GaN)和碳化硅——却依然在蓬勃发展中。根据Yole的预测,到2026年,GaN市场将达到6.72亿美元,而全球SiC市场则有望在2027年突破60亿美元。尽管市场反馈的实际情况告诉我们,这些新兴技术尚未完全成为主流,但它们的潜力和发展趋势无疑值得关注。


在新能源车迅速增长的推动下,碳化硅的应用愈加受到重视。2023年,中国新能源汽车产销量分别达到958.7万辆和949.5万辆,同比大幅增长。这种增长趋势预计将持续到2024年,产销将突破1150万辆,占据汽车市场的三分之一。碳化硅在快速充电桩中的应用,无疑将助力电动车用户解决续航与充电时间的难题。


充电桩的功率逐渐增大,2023年中国市场上80kW充电桩的比例显著下降,而160kW和240kW充电桩的比例则显著上升。碳化硅因其高耐压、高温度稳定性及高开关频率的特性,正逐步成为解决充电桩设备升级的关键材料。相比传统硅基器件,碳化硅可以增加近30%的输出功率,并减少约50%的损耗,显著提高充电效率和降低成本。


在汽车市场,碳化硅技术正在逐步渗透到价格在25万元以下的车型中,诸如比亚迪、吉利、蔚来和小鹏等车企均有应用。预计到2025年,800V平台市场渗透率将达到13%,推动碳化硅应用规模的进一步扩大。


在碳化硅技术的前沿,意法半导体无疑是领头羊之一。该公司与吉利汽车集团达成长期供应协议,为吉利的中高端电动车提供SiC功率器件,显著提高电动车的性能和充电速度。同时,意法半导体的SiC产品已在电驱逆变器、车载充电器及直流-直流变换器等领域得到了广泛应用。


英飞凌科技也在SiC和氮化镓领域取得了重要进展。通过收购氮化镓系统公司(GaN Systems),英飞凌不仅增强了其在氮化镓技术的领导地位,还扩大了其在氮化镓和碳化硅领域的技术专利和市场份额。其第二代SiC MOSFET产品在提高可靠性的同时,还大幅提升了性价比,并扩展到车规级和工业级应用中。


氮化镓技术近年来取得了显著进展,其高功率密度和高能量转换效率使其在汽车和数据中心等领域获得了突破。与碳化硅相比,氮化镓在高频率应用中具有更高的电子迁移率,但其较差的热导性使得热管理成为设计中的一个挑战。


总的来看,第三代半导体——无论是碳化硅还是氮化镓——都在不断发展并展现出巨大的潜力。它们不仅推动了电动车充电技术的进步,也对能源转换和系统小型化产生了深远的影响。尽管目前这两种技术还面临着各自的挑战,但它们的前景无疑是光明的。


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