碳化硅与电力电子

碳化硅是一种硬度极高的硅和碳的合成化合物，长期以来一直被用作工业磨料，如砂纸或砂轮，以及泵轴承或工业炉中的耐磨部件。它还可以提供极好的耐火衬里。.

碳化硅在耐热性和耐用性方面优于同类硅材料，具有更强的导热性和热传导性能。.

电力电子

碳化硅已成为电力电子应用中越来越受欢迎的材料。与传统的硅器件相比，碳化硅能承受更高的电压和温度，从而在提高性能和可靠性的同时降低能耗。此外，碳化硅的特性还使其适用于许多不同的应用。.

电动汽车（EV）制造商需要能够承受高温高压的元件，如车载电池充电器、直流-直流转换器和混合动力电动汽车。与硅半导体相比，碳化硅具有更高的效率、更低的功率损耗和更高的可靠性，同时体积更小、成本效益更高。.

碳化硅晶体管还具有比硅晶体管更宽的带隙，这有助于最大限度地减少热损耗和提高效率。这使得它们在执行类似功能的同时，还能减少电能的浪费--电动汽车驾驶员会非常欣赏这一点，因为这不仅能延长续航里程，还能通过加快充电时间降低电池成本。.

汽车

碳化硅芯片为电动汽车行业带来了众多优势。它们可以减少电压和电流损耗，同时提高热效率，帮助汽车制造商减小影响行驶距离的关键电力电子元件的尺寸和重量，帮助电动汽车在每次充电后行驶更远的距离。汽车公司已经开始采用这种技术，ROHM Semiconductors 也加入其中，提供隔离解决方案，专门用于电池管理系统中的碳化硅设计和采用碳化硅材料设计的牵引控制逆变器。.

汽车制造商认识到，宽带隙半导体将在未来的电池电动汽车（BEV）中发挥重要作用，因此他们已投资数十亿美元，以确保电池驱动汽车所需的碳化硅芯片供应。德国供应商采埃孚集团（ZF Group）和 Wolfspeed 目前正在合作创建一个 SiC 芯片专用生产设施；世界领先的零部件制造商博世于 2023 年收购了加州 Roseville 的 TSI 半导体公司，计划到 2026 年将其生产设施从 200 毫米硅晶片上的专用集成电路转换为生产 SiC MOSFET。.

其他芯片制造商也在增加对碳化硅技术的投资。罗姆半导体公司（Rohm Semiconductors）就是其中一家加大投资的芯片制造商。Rohm 提供的产品支持基于碳化硅的电源设计，如 MOSFET、隔离式功率晶体管、模块、电池管理系统和牵引控制逆变器等。.

轨道交通

轨道交通应用中的碳化硅芯片可以提高动力设备的效率和功率密度，减轻重量和体积，同时有助于降低运营和维护成本。碳化硅芯片尤其适用于必须耐高温的牵引变流器应用；因此，碳化硅芯片是理想的解决方案，这些由硅碳混合物制成的多功能芯片能够在高达 500C 的温度下工作--非常适合太阳能或轨道交通应用！

碳化硅半导体具有更宽的带隙，使其能够在比同类硅芯片更高的频率和电压下工作，从而在减少损耗的同时提供更大功率，并且与标准硅芯片相比，饱和漂移率更低。.

随着电动汽车需求的增加，对高性能部件的要求也随之提高。这包括提高电机性能以满足加速能力--通常称为 “Ludicrous 模式”。为此，可能需要更强大的电容器和坚固的电气布线来满足这一需求。.

碳化硅（SiC）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）现已广泛应用于牵引逆变器，可降低开关损耗和传导损耗，从而降低整个系统的功率损耗，进而大幅降低运营电力成本。.

工业应用

在大功率应用领域，碳化硅已成为一种前景广阔的半导体材料，尤其是电动汽车电力电子设备和太空探索漫游车仪器（Mantooth、Zetterling 和 Rusu）。与传统的硅半导体相比，碳化硅具有更高的带隙，可在更高的温度、电压和频率下工作，因此是一种极具吸引力的硅替代材料。与带隙较低的传统硅半导体相比，碳化硅能在更高的温度、电压和频率下工作。碳化硅的性能也使其在要求苛刻的应用中成为有吸引力的替代品，如电动汽车动力电子设备或用于太空探索的仪器（Mantooth Zetterling & Rusu）。.

碳化硅在工业上最早用于早期无线电中的发光二极管和探测器，这两种器件都需要较高的工作温度和电压水平。使用碳化硅制造的 MOSFET 在 20 世纪 70 年代和 80 年代首次投入商业应用，其特点是由 p 型半导体夹着氧化物绝缘层组成的互锁结构，中间放置栅极。由于碳化硅芯片具有低电阻特性，因此可以在较高温度下产生电流，同时降低功率损耗。.

碳化硅功率器件正在彻底改变电动汽车的供电方式，因为与由硅功率晶体管制成的半导体相比，碳化硅功率器件能够承受更高的热量输出，使用寿命更长，能效更高。因此，许多电动汽车制造商都选择碳化硅器件，以降低成本和减轻车重。.

Wolfspeed 的基本碳化硅晶圆和半导体解决方案为电源系统设计人员提供了将任何电源系统升级为碳化硅技术所需的一切，通过在服务器上安装 Wolfspeed 碳化硅功率晶体管，仅冷却能源成本一项就可节省 40%。.