ROHM SiC 碳化硅 功率半导体介绍

SiCrystal Third Suppliers
R-TR-100707-JJ
SiC 市场主要竞争情况概览
Cree Infineon ST ROHM
14
生产产品包括LED芯、 由意大利的SGS微电子公 LED灯、LED照明解决 SiC肖特基二极管于2009年 全球唯一的具备SiC晶 司和法国Thomson半导体 概况 方案、功率器件、无 推出第三代thinQ!™3G。晶 元生产能力的专业半 公司合并而成。晶元需 线器件以及半导体材 元需要向Cree等厂家采购。 导体厂家。 要向Cree等厂家采购。 料。 5~6个月，受到SiC晶元厂 3个月 受到SiC晶元厂家的制约。 家的制约。
逆变器・转换器・净化器
SiC功率模块 SiC-IPM
空调 其他家电
电气汽车 EV/HEV
太阳能发电
UPS/电源
电车
产业机器
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SiC功率半导体（SiC-SBD）的市场情况
高频特性好
耐高压
温度特性好
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【参考】PFC电路
Confidential
4
・无 PFC电 路
电流 电压
+
电流 电压 Main电路：SW电源
IC
因为AC(商用)直接影响Main电路(SW电源)的开关，所以会发生高次谐波和电流顶峰的问题。
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特性与优势
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反向恢复时间小,Rds(on) 极小
可以超高速开关，大大提高产 品效率，减小散热设备体积 可以实现设备小型化， （如电 动汽车充电器） 可在高压下稳定工作（高速列 车，电力等） 可在高温环境下稳定使用（电 动汽车等）
Βιβλιοθήκη Baidu
75
75%
Cree
55%
50
25 0 2003 2004 2005 2006 2007 2008
SiCrystal AG Guenther-Scharowsky-Strasse 1 D-91058 Erlangen Germany
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電圧 [V]
逆回复时间 因为trr变小 电压EMI＝L×di/dt 也变小。
-80
100
200 時間 [nsec]
300
400
使用SiC-SBD可使PFC电路的EMI变小。
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300
400
顺⇒逆 切换时的过渡电流大幅消减 恢复损失1/10！
SiC-SBD的使用可以使PFC电路高速化。⇒ 使扼流线圈小型化 。
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PFC电路
・Si-FRD vs
200 160 120
電流 [A]
1000 Di 電流 Di 電圧 800 600 400 200 0 -200 -400 0 100 200 時間 [nsec] 300 400
電圧 [V]
V
800 600
80 40 0 -40 -80 0
I
损失
400 200 0 -200 -400
80 40 0 -40
0 0
0 0 0.5 1 1.5 2 FORWARD VOLTAGE : VF (V)
SiC功率半导体介绍
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作为功率半导体SiC的魅力，优点
半导体材料 能带隙 (eV) 电子移动度 (cm2/Vs) 物性数据
与其他材料的对比
Si 1.12 1350 SiC 3.26 1000 GaN 3.42 1500 钻石 5.47 2000
SiC-SBD的优点(EMI篇）
SiC-SBD
PFC电路：升压+直流 化 电流 电压
IC IC +
Confidential
6
Main电路：SW电源
Si-FRD
200 160 120
電流 [A]
SiC-SBD
1000
Di 電流 Di 電圧
这个部分的di/dt与EMI关系。 电压EMI=L×di/dt 顺⇒逆 切换时的过渡电流大幅消减 恢复损失1/10！
120mm
使用SiC功率半导体 重量 0.72kg 使用Si功率半导体时：重量 21Kg
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50mm 40mm
PFC电路
SiC-SBD 优点
SiC-SBD的优点
Confidential
8
扼流线 圈：
1000 Di 電流 Di 電圧 800 600 400 200 0 -200 -400 0 100 200 時間 [nsec] 300 400
電圧 [V]
V
800 600
80 40 0 -40 -80 0
I
损失
400 200 0 -200 -400
80 40 0 -40 -80
電圧 [V]
100
200 時間 [nsec]
2.4 x 107 1.3 直接 580 850 △ ○ ×
8
2.5 x 107 20 间接 4400 13000 ○ × ×
性能指数
制作技术
N型价电子控制 热酸化
GaN的物性数据好(特别适合光学用途) ，作为功率器件用途时，器件的制作技术难点多，综合 比较不如SiC。 钻石是终极半导体，有着凌驾SiC和GaN的出色的物性,不过，制作技术过程中有很多问题，现 在暂时不考虑实用化。
SIC功率半导体市场(亿日元) SiCパワー半導体市場 （億円）
12
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
2010年1月 Morgan Stanley
847
2008年的份额信息
※YOLE DEVELOPPEMENT调查
523
303 183 35 48 105
Infineon・・・量产中 CREE（ Nihon Inter ）・・・量产中 STMicro・・・量产中 新日本无线・三菱等・・・准备量产
SiC SBD具备优良的高频特性 转换器的高频运作 （200kHz驱动）
实现电抗器的小型化
现有的Si器件在10kHz时需要很大的电抗器, SiC器件可以高频驱动，实现电抗器的小型化
效率（％）
7
100
90 80 70 60 50 40 30 20
SiC
Si
210mm
10 0
SiC在高频下也工作
0 100 200 频率（kHz) 300 400
SiC-SBD的应用效果 SiC-SBD・・・・・超高速恢复 ・ 不依靠输入电流可以高速 ！ ・ 不依靠温度可以高速 ！
Confidential
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PFC・ 升压转换器的应用
逆变器的应用
① 恢复损失大幅减低 (电源效率改善 数%) 发热量减低可使散热片小型化 ② 驱动频率上升，电感元件小型化 可以做到小型轻量的电源
①升压转换器
②逆变器
Motor
Si-FRD
200 160 120
電流 [A]
SiC-SBD
1000
200 160 120
電圧 [V]
電流 [A]
1000 Di 電流 Di 電圧 800 600 400 200 0 -200 -400 0 100 200 時間 [nsec] 300 400
Di 電流 Di 電圧
PFC电路
・Si-FRD vs
SiC-SBD的优点
SiC-SBD
PFC电路：升压+直流化 电流 电压
IC IC +
Confidential
电流 电压 Main电路：SW电源
5
Si-FRD
200 160 120
電流 [A]
SiC-SBD
1000
200 160 120
電流 [A]
Di 電流 Di 電圧
电流 电压 Main电路：SW电源
・有 PFC电 路
电流 电压
PFC电路：升压+直流化
+ IC IC
Main电路(SW电源)输入直流。
从AC(商用)，电压/电流被整流后输入。
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2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
2009年度的SiC功率半导体市场的规模 Morgan Stanley 调查结果 35亿日元/年 Yole Development 调查结果 22亿日元/年 Marketing Eye 调查结果 30亿日元/年
关于FET的量产还没有仸何制造商有量产计划。 每家 公 司都在 样品 出 货的 阶段 ， ROHM已 于 2010年12月支持SiC MOSFET量产出货。
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与其它公司的SiC-SBD的特性比较
ROHM 600V 10A
15
25℃ 75℃ 125℃
SBD 600V 10A (顺方向特性)
CREE 第2代 C3D10060A
15
25℃ 75℃ 125℃
15
Infineon 第2代 IDT10S60C
交期 5~6个月
SiC SBD 2~3USD/PCS 价格
2~3USD/PCS
N/A
价格灵活
产品 SBD有全系列产品， 系列 MOS未量产。
SBD有全系列产品， SBD有全系列产品，MOS未 `SBD产品线略有不足， MOS可提供样品，已量 MOS未量产 量产。 产，货期三个月以内。
Confidential
2
绝缘击穿电场 (MV/cm)
饱和漂移速度 (cm/s) 热传导率(W/cm K) 直接迁移 or 间接迁移 Johnson的性能指数 Baliga的性能指数 P型价电子控制
0.3
1.0 x 107 1.5 间接 1 1 ○ ○ ○
2.8
2.2 x 107 4.9 间接 420 470 ○ ○ ○
3
15
25℃ 75℃ 125℃
FORWARD CURRENT: IF(A)
10
10
FORWARD CURRENT: IF(A)
0.5 1 1.5 FORWARD VOLTAGE : VF (V) 2
FORWARD CURRENT: IF(A)
10
5
5
5
0 0 0.5 1 1.5 2 FORWARD VOLTAGE : VF (V)
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SiC基板的生产情况
ROHM的分公司Sicrystal的SiC基板在世界占有率排名第二
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男性37名、女性19名 （平均年龄：41.1 岁） 平均工作年数：5.8年 Dr. 10名
100
Market share
①恢复损失大幅减低 (电源效率改善 数%)
※ 与IGBT配何使用也能改善SW的损失
发热量减低，散热片小型化
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SiC功率半导体的推广方向
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功率器件（SiC）
SiC 分立器件
PFC电路：升压+直流 化
通过使用SiC-SBD可使PFC电路高速化 →扼流流圈的小型化。
+ IC
工作频率
50100kHz
300kHz
500kHz
SiC-SBD
200 160 120
電流 [A]
1000 Di 電流 Di 電圧 800 600 400 200 0 -200 -400 0 100 200 時間 [nsec] 300 400
80 40 0 -40 -80
通过恢复损失的减低达到高速化运行 →部件的小型化·低成本化
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電圧 [V]
Motor电路 SiC-SBD的优点
Confidential
9
V
800 600
80 40 0 -40 -80 0
I
损失
400 200 0 -200 -400
80 40 0 -40 -80
顺⇒逆 切换时的过渡电流大幅消减 恢复损失1/10！
電圧 [V]
100
200 時間 [nsec]
300
400
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