兼具低損耗與高穩定兩大特色 英飛凌CoolSiC滿足新世代電源需求

Si(矽)是目前使用量最大、最普及的半導體材料，在電源領域也是如此，不過隨著智慧化趨勢加快，電子設備的應用範圍逐漸擴大，以Si製成的MOSFET在功率密度、體積等指標效能已出現瓶頸，SiC(碳化矽)、GaN(氮化鎵)第三代半導體開始接手，英飛凌電源與感測系統事業部協理陳志星指出，同樣是MOSFET元件，雖然目前SiC與GaN的價格還是高出Si許多，但在技術進步與市場擴增下，雙方有機會在5年內拉進甚至打平。

Si作為MOSFET材料已有長久歷史，以英飛凌為例，第一代CoolMOS S5的問世時間為1998年，之後此技術一直是電源元件的主流，英飛凌的CoolMOS也逐代更迭，目前已推出至第七代。

由於Si MOSFET的功率與頻率均高，其應用也相當廣泛，從小功率的消費性產品到大電源基礎建設，都可見到其蹤影。不過陳志星表示，近年來市場出現變化，使用者對產品體積、功率密度、效能的要求逐漸提升，Si的材料特性在MOSFET已出現瓶頸，在部分應用領域中，SiC與GaN的表現更好，產業板塊已在逐漸挪移中。

在材料特性限制下，Si的單位面積導通電阻(RDS-on)達到一定程度後就無法再降低，此一狀況將會影響電源設計的效率與功率密度，必須改採SiC或GaN，而這兩者也因特性不同，應用領域也會有所區隔。

陳志星指出，SiC的優點是電壓耐受度高，可達650V至3.3kV，因此適用於電動車充電樁、基地台…等需要大電力輸出的基礎建設；GaN的電壓耐受度雖不如SiC，但其高頻率特色可縮小電磁元件的體積，在要求輕薄短小的消費性產品中相當有優勢。

陳志星進一步分析Si、SiC、GaN三者的市場現況。在CoolMOS發展已有超過20年的Si，由於技術成熟、價位偏低，因此仍受市場青睞，而技術較新的SiC與GaN，在追求穩定的商用領域，業者心態仍偏保守，重視效能與體積的消費性產品，接受度會較高。至於在出貨量方面，SiC因為材料的成熟度以及可提供的產能較GaN大，目前在MOSFET市場排名第二。

整體而言，Si、SiC、GaN都仍是目前MOSFET的主要材料，在價格、應用領域、效能等方面也有各自優勢，因此市場對這三種MOSFET都有需求，市場上的半導體業者也都依自身技術選擇性布局，而其中英飛凌是全球唯一在這三大領域均有對應產品的業者，且技術深度居市場領先地位。

在SiC MOSFET部分，英飛凌已推出一系列650V的CoolSiC產品。與市場同級產品相較，此系列產品的導通損耗與切換損耗更低，同時具備最高的跨導等級(增益)、4V啟動電壓和短路耐用度，可強化運作可靠度並兼顧全方位效能。

另外CoolSiC所採用的本體二極體穩定可靠，與效能最好的超接面CoolMOS MOSFET相較，其逆復原電荷可降低80%。在上述優勢下，英飛凌的CoolSiC MOSFET 650V系列十分適用於電池充電基礎設施、能源儲存平台、太陽光電逆變器、不斷電系統、伺服器與通信交換式電源供應器。

陳志星指出，英飛凌在電源領域深耕多年，擁有領先業界的技術優勢，透過此優勢打造的CoolSiC MOSFET 650V系列，將可協助客戶設計出效能與可靠度俱佳的設備，除了目前所推出的CoolSiC TO-247-4與TO-247-3，目前也計畫推出更多種封裝產品，提供市場高效能、高穩定度的新世代半導體電源解決方案。