躋身第三代半導體市場 ST助力全球碳中和

Edoardo MERLI

隨著第三代半導體的工藝越來越成熟和穩定，應用在工業和電動汽車上的產品也變得多樣化。作為半導體行業中的佼佼者，意法半導體同樣重視第三代半導體帶來的優勢作用，推出了有關氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）的一系列產品，有力地推動了第三代半導體在電動汽車和工業領域上的應用發展。

據調查，工業領域中將電力利用效率提升1%，就能節約95.6億千瓦時的能源。這意味著節約了15個核電站的發電量、減排3 200萬噸二氧化碳，或者是數千桶的石油。

ST進入第三代半導體雙賽道

ST擁有多項新能源科技，其寬禁帶技術已經催生出一系列相關應用。電力科技對實現高效用能與節能降耗起著關鍵作用，其中的重點就是碳化硅和氮化鎵這兩種新材料。

寬禁帶半導體擁有工作電壓高、開關速度快、工作溫度高、導通電阻低、產生熱量少、耗散功率低、能效高這些優勢，節能效果非常出色。整條電力轉換鏈，從發電側開始，經過輸配電、儲電和變流，再到最終的用電側也就是終端用戶。毫無疑問，以碳化硅和氮化鎵為主的全新電力科技能夠在整條電力轉換鏈的各個環節發揮作用，做出卓有成效的貢獻。

碳化硅與氮化鎵導體能夠滿足的需求略有不同，簡單來說就是帶來更強的電能。碳化硅能夠提升開關頻率，氮化鎵消耗的電能更少。

碳化硅提升效率

以電動汽車制造為例，碳化硅可用于制造牽引逆變器、充電樁、DC-DC轉換器等配套設備，這些能夠帶來更長的行駛里程、車輛自重的減輕等優勢。除此之外當然還有性能更強的電動汽車充電站，碳化硅能夠加快充電速度，縮短充電時間，從而促進電動汽車的推廣和普及。

碳化硅的工業應用還包括提高服務器和數據云存儲器的供電效率，此外還可應用于自動化的工業驅動電機制造，碳化硅能夠讓設備體積、尺寸和重量減小，最終會降低用戶總體成本，而在可再生能源、太陽能電站、風車和服務器供電站等領域也有同樣作用。

碳化硅逆變器相比IGBT逆變器的優勢，包括總芯片面積、開關損耗、總損耗和結溫，更好的溫度管理、充電速度的明顯提升。

氮化錢推出新品

2021年12月意法半導體發布了PowerGaN解決方案，其中大部分是面向消費者的解決方案。利用氮化鎵材料大小只有過去材料的1/4，重量只有1/3，功率提升50%，能耗降低20%。目前意法半導體利用氮化鎵技術生產的100 V到650 V各類產品將會陸續出爐。

在氮化鎵方面，意法半導體將繼續推廣PowerGaN，并在其路線圖中輸入電壓從650 V開始的G-FET、G-DRIVE和G-HEMT產品。在現有的G-HEMT產品中，公司又將增加100 V產品，進一步擴大氟化鎵產品組合，增加導通電阻不同的晶體管產品。意法半導體還繼續推廣MasterGaN系統級封裝。像碳化硅產品一樣，意法半導體的氮化鎵產品也采用各種封裝，例如，QFN等分立封裝，以及可以集成電池的新封裝STLISI。公司將繼續研究嵌入式裸片封裝技術，以便進一步提高封裝的集成度。此外，到年底還將推出第一款GaN射頻晶體管產品。