SiC时代开启！看行业亲历者吴桐眼中的宽禁带半导体的现在及未来

由于硅基材料本身受限，IGBT器件随着FS7技术的推广，潜力几乎见顶，业内开始把关注点转移到以SiC为代表的第三代功率半导体材料上。因SiC, GaN等宽禁带材料的特性，如下图，相较于IGBT，SiC MOSFET能带来5-8%逆变器效率提升。自特斯拉在Model3的主逆变器上首次使用，SiC MOSFET正式开启了其上车之路。

据Yole《2021年电动汽车功率电子产品报告》预计，到2026年，电动汽车主逆变器市场将达195亿美元，占整个电动汽车/混合动力汽车转换器市场的67%，复合年增长率为25.9%。在功率半导体市场，IGBT和SiC模块之间的技术角逐的序幕已经拉开，而到2026年后者的价值将会翻三番。

现在的SiC产品跟过去的Si产品有什么相同或者不同？其中最有挑战性的东西是什么？电源电子工程师如何建立自己的学习系统呢？安森美为何会选择SiC而不是GaN切入宽禁带半导体赛道？2022年之后，SiC产品或者GaN产品还有哪些可以发挥的空间？如何看待国内企业做的宽禁带产品？国产SiC产品与国际SiC产品差距有多大？本期高端访谈电源网将采访负责安森美（onsemi）中国区碳化硅市场产品及安森美中国汽车OEM技术负责人吴桐博士，看看他眼中的宽禁带半导体的现在及未来是什么样的。

电源网：您能简单介绍下自己和现在主要负责的工作吗？为什么您选择做宽禁带相关产品线？

吴桐：我现在安森美(onsemi)负责中国区碳化硅产品市场，同时也负责中国区整车厂的技术支持，以及参与新产品 (NPI)的定义和导入。

宽禁带半导体又称第三代半导体，是明确列入我国十三五、十四五战略方针中的新型半导体技术，也是半导体技术革新需要走的重要一步。传统的第二代半导体，以IGBT/SJ MOS为主的器件，已经接近其材料的理论极限，进一步提升的空间很小。而宽禁带器件的材料特性可以带来更优异的性能，从而促成更多技术应用的革新。这也是我工作的重点，帮助客户去实现技术升级，同时理解市场的需求。

电源网：您能回忆一下自己与安森美的渊源吗？在平时工作中，安森美人的哪个特质最令您印象深刻？

吴桐：安森美是我回国之后的第一家公司。早在美国橡树岭国家实验室(ORNL)从事的PH. D.研究的过程中，我就接触过很多安森美的器件。后来随着工作中逐渐了解安森美的布局和路线图，我认为加入安森美会给我带来很有发展潜力的机会。

安森美能提供的平台自由度，是最吸引人的地方。作为安森美的员工，公司可以提供充分的舞台去发挥每个人自己的潜力。同时，在功率器件领域，安森美排名全球第二，其领先的技术，和全球化的公司视野也是我学习的方向。

电源网：您觉得做SiC产品跟过去的Si产品有什么相同或者不同呢？其中最有挑战性的东西是什么？

吴桐：Si更多的是追求极致的成本，市场主要以成本导向(Cost-Driven Market)；而SiC更重要的是追求性能的提升，器件优化需要伴随着系统的升级，市场需求更偏向于性能导向(Performance-Driven Market)。所以，对技术的钻研，对系统的优化是我工作的难点，但也是我工作的乐趣：如何能把安森美的产品以最优的形态design in到客户的产品；如何借助安森美最先进的技术去支持客户新平台的定义。

电源网：电源电子工程师如何建立自己的学习系统呢？有什么经验可以分享吗？

吴桐：不同于我在 PH. D.期间纵向深入的钻研，我认为，在电力电子/半导体的产品研发领域，知识的广度同样是重要的。现在的系统设计，不光要求工程师在其细分领域的专业，更需要他有全局优化的能力，比如同时进行电热磁、甚至成本、功率密度等等的多目标优化(Multi-Objective Optimization)的能力。就像ETH的教授 John K. 提出的PE 4.0的概念一样，要把视野放到全局，不仅自己的领域要专业，也要了解交叉学科的概念。

电源网：我们知道，安森美拥有支持宽禁带电源设计的完整元器件生态系统，包括SiC二极管、SiC MOSFET和SiC模块，请问为什么会选择SiC而不是GaN这个方向去切入呢？主要原因是什么？

吴桐：SiC相比于GaN来讲，技术上更成熟：GaN最大的问题在于无法生成GaN Substrate，导致器件结构的劣势，以及带来一系列的问题。而SiC可以很好的沿用Si IGBT/SJ MOS的垂直器件的设计经验。

SiC相比于GaN来讲，市场规模更大：GaN目标市场是消费电子等小功率应用，量大但是单机半导体面积需求有限；SiC MOS是取代IGBT成为大功率器件的首选，对应的市场是电动车(EV)、光伏等需求量以及增量最大的市场。但值得一提的是安森美也有布局GaN以及支持GaN应用的方案。

电源网：进入2022年之后，您认为SiC产品或者GaN产品还有哪些可以发挥的空间？

吴桐：SiC的技术，只是刚起步，无论是器件结构还是成本、良率、产能都需要后续很大的研发投入；同时SiC的封装也是一个需要升级的方面，相比于IGBT的功率器件/模块，有更多的要求需要被满足。

GaN的话，最主要的还是器件结构的升级研发。同时，现有的器件的可靠性以及散热、封装也是需要升级的方向。

电源网：国内企业做宽禁带产品有一些年的时间了，您怎么看待这段时间的变化？国产SiC产品与国际SiC产品差距有多大？

吴桐：总体来讲，国内的宽禁带产品的性能（Rsp，FoM）存在一定的代差，良率、可靠性都需要量产的市场评估。SiC 二极管在一定程度上有竞争力，但是市场规模还不大。

电源网：最近，关于3060双碳目标的话题很热，安森美将会如何助推中国电子产业的结构性升级？推进全球可持续发展的进步？

吴桐：智能电源和智能感知是推动可持续发展的两大关键技术。安森美将以高度差异化的智能电源和智能感知技术，推动汽车、工业等高增长市场的颠覆性创新，赋能可持续发展的生态系统。我们的智能电源方案集成感知，为客户提供 “相辅相成”的力量，与同行相比实现最高能效，实现更低工作温度，降低散热要求，节省成本并最小化重量，以每个模块更少的裸片提供所需的功率，同时在给定的电池容量下实现更高的功率范围，使OEM以更轻的重量超越功率范围目标，及以无与伦比的能效降低系统成本，推动工业市场的可持续能源发展，以实现最高能效的太阳能电池组、工业电源和存储系统，推进汽车功能电子化，使电动车更轻、行驶更远，和赋能高能效的快速充电系统。功率半导体是新能源发展的核心，无论是新能源汽车还是可再生能源，都需要高效的功率半导体的支持。安森美拥有先进的SiC、IGBT和门极驱动技术及持续创新的封装，自收购SiC供应商GTAT后，在SiC领域具有独特的优势，是全球少数几家可提供从晶体生长到晶圆制造再到成品封装的垂直整合的供应商之一。我们的智能感知技术赋能工业4.0，实现更智能的工厂、楼宇和家居，提升汽车出行体验，包括成像和深度感知，使先进的车辆安全和自动驾驶系统成为可能。

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