SiC宽带隙半导体（WBG）有什么好处？

题记：SiC半导体可以在更快的开关速度下更好地处理更高的能级。较高的电热导率意味着人们可以通过选择SiC半导体来节省成本。

宽带隙（WBG）半导体极大地影响了使用它们的设备的可能性。材料的带隙是指电子从半导体价带的最高占据状态移动到导带的最低未占据状态所需的能量。

传统硅的带隙为1.1ev。然而，WBG半导体，例如由碳化硅和氮化镓制成的半导体，通常具有2到3倍的带隙。

下面我们将更详细地了解为什么人们越来越有兴趣为他们的项目选择SiC WBG半导体。

SiC半导体的优点

理想的电热特性

SiC半导体可以在更快的开关速度下更好地处理更高的能级。较高的电热导率意味着人们可以通过选择SiC半导体来节省成本。这样一来，他们就可以缩小开关设计中常用的变压器和电感器等部件的尺寸。

设备的导热性与散热的容易程度有关。因为碳化硅的导热性比硅好得多，所以当优先事项之一是防止设备过热和故障时，碳化硅是一个很好的选择。相反，在过热后冷却导热系数较低的半导体则更加困难。这可能会导致性能质量的暂时损失。

《碳化硅，第1卷：生长、缺陷和新应用》

另一个优点是，与硅制成的半导体相比，SiC WBG半导体可以在更高的温度下安全工作。这使它们成为必须在高温、恶劣环境下工作且不会造成性能损失的设备的良好选择。

提高能源效率

SiC WBG半导体也可能比硅制成的半导体更节能。其中一个原因是它减少了电力损耗。

人们也对将SiC半导体用于电动汽车（EV）充电器感兴趣。最近的一项研究有助于说明这一点。结果显示，与SiC芯片的增量功率相比，SiC芯片的能耗节约率为13:1。研究人员证实，这种显著差异将促进更快的充电时间、更长的充电范围和更轻的充电电子设备。他们还指出，这些好处将使使用这种半导体技术的汽车更加可持续，寿命更长。

电动汽车行业的专业人士不断寻找创新的方法，以确保电动汽车车主有足够的动力去他们需要去的地方。一些倡议甚至涉及将充电器直接带到需要的人手中。

这些前瞻性的选择无疑是有用的。然而，如果让汽车工作的内部技术越来越节能，那就更好了。人们应该更感兴趣的是让电动汽车成为主要的交通工具，并放弃使用化石燃料的汽车。

碳化硅半导体提高了能源效率，这也可能改变城市获取电力的方式。新加坡南洋理工大学（Nanyang Technology University）的一个项目致力于通过电网节约能源和成本，同时提高电网的弹性，减少其碳足迹。该倡议的一部分涉及建设一个包含SiC高频双向逆变器和转换器的智能电网。研究人员相信，这将帮助他们实现许多目标，推动电网技术向前发展。

《碳化硅，第2卷：电力设备和传感器》

增强了对更小、更轻组件的适用性

目前，许多电子产品都在不断推进，以适应更小、更轻的封装。SiC半导体的可用性满足了这两种需求。具有更紧凑电力电子模块的设备具有许多优点，对制造商和消费者都有吸引力。

设备内部功率转换设备的尺寸和重量减小可能会导致相关制造商的资本和运营经验减少。想要这些设备的人会发现它们更便宜，如果这些成本削减被转移，他们会认为制造商具有竞争力。

《宽带隙半导体：基本特性与现代光子和电子器件》

此外，为MOSFET选择SiC的产品设计师提供了更高的功率密度，以及更好的整体性能和可靠性。重量、尺寸和成本的降低使SiC WBG半导体成为要求苛刻的应用（如用于军事或发电行业的应用）的热门选择。

5G兼容性

世界还没有达到5G网络随时可用的程度。然而，进步正在稳步发生，5G网络对许多人来说不再是遥远的梦想。早期证据表明，SiC半导体将是5G应用的最佳选择。一个例子涉及一家公司，该公司在SiC射频器件上构建了GaN，用于使用新兴5G网络的无线应用。

人们还经常提到5G网络的进步将如何通过持续、更准确的患者监测最终保持人们的健康。已经开展了关于将SiC半导体用于体内智能设备的研究。这表明它们具有生物相容性，因此在使用过程中不太可能引起不必要的免疫反应。SiC纳米技术应用于神经植入物和用于深部组织癌症治疗的设备是两个新兴的研究领域。

5G讨论的另一个常见话题是，它将如何为能够顺利融入人们生活、在后台无缝工作的互联设备打开新的机遇。SiC半导体将为这些改进铺平道路，从而生产出更光滑、更强大、高性能的机器。

对于那些希望看到SiC WBG半导体如何融入其利用5G革命计划的公司来说，这些好处也将变得更加容易获得。Cree和Bosch是最近宣布打算增加SiC半导体生产的两个品牌的产品。

WBG半导体让电源器件变得更小更轻

SiC半导体带来积极发展

这篇综述展示了为什么SiC WBG半导体有如此多吸引人的特性，使得电子设计师比以前更频繁地选择它们。硅半导体几十年来一直为社会提供良好的服务，但它们已无法满足世界短期的需求。WBG半导体，包括由SiC制成的半导体，将弥补这些不足。此外，随着人们尝试在更广泛的应用中使用它们，设计师们会对哪些项目可能需要使用它们感到更加鼓舞。