在过去的几年中，新的创新半导体技术的出现，让电源管理市场产生了模式转变。如今碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为我们的应用带来了更高效率的功率转换特性，尤其是针对工业、汽车和消费电子市场的应用。这些技术被统称为宽带隙 (Wide Bandgap) 解决方案，因为它们提供了相比传统解决方案更大的带隙。除了节能的特性外，它们还能为各种终端设备带来显著优势，如减轻重量、缩减体积和降低生命周期成本。
安富利与该领域最领先的供应商一同整理了宽带隙技术的知识包：最先进的SiC和GaN解决方案，以及它们在不同应用中的优势。
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碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）提高功率密度
据估计，仅在欧洲，每年就有超过3兆瓦时的能量在转换电能时流失，而功率电子技术是降低能耗损失的一个关键因素 。而今，宽带隙 (Wide bandgap) 半导体可以大幅提高效率和功率密度水平。特别是碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）已被证明是助力此类应用的突破性材料。
基于氮化镓的元器件可以被整合到更小更轻的器件结构中，从而更高效率地转换电流，功率损失可缩减一半。
氮化镓（GaN）在大批量的消费市场上逐渐占据主导位置的同时，它还可以承受高电压，对高频电路特别有助益。与此同时，碳化硅（SiC）主要用于高温应用，因为它的热膨胀率较低，在恶劣的环境条件下更加游刃有余。汽车行业尤其青睐它们这种特性。但就目前看来，基于SiC和GaN的功率电子元器件正在进入越来越多的应用领域。根据市场研究报告，预计在未来五年内，SiC和GaN元器件的市场营业额平均每年将增长33.7％。
更高效地转化能量
基于 "宽带隙半导体” 的电子器件提供了提高功率电子器件效率和功率密度的机会，让功率电子元件更小、更快、更可靠，还更有效。
智慧能源供应、电动汽车、宽带通信系统和人工智能应用，这些相互作用又相关相连的系统越来越多。然而，随着系统的数量和数据流量的不断增加，“一次能耗”也在不断增加。同时，电能都需要转换后，才能被各种系统使用。据估计，仅在欧洲，每年就有超过3兆瓦时的能量在这种转换中损失 —— 相当于一个中型燃煤发电站的发电量。
功率电子技术是提高能源效率的关键
由于上述原因，高效的能源转换正成为工业4.0和电动汽车等领域应用的最大挑战。而在攻克了功率电子技术后，可再生能源才能被整合到电力供应网中，电动汽车方能日益精进，消费电子产品如笔记本电脑、智能手机的充电才更加方便，制造业和加工业的驱动系统就能更可靠地运行。如今，靠着这些新的功率电子器件，我们确保了各种应用环境所需要的电压、电流和频率曲线，还实现了更低的能量损失和更高的功率密度。
用碳化硅和氮化镓实现更高功率密度
基于宽带隙半导体的新电子器件大大提高了功率电子器件的效率和功率密度。宽带隙电子元件比基于硅的传统同类产品更小、更快、更可靠，还更有效。目前，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）作为重要材料，正在获取越来越多的市场认可。
碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）在市场领域上有部分的重叠，我们也能根据应用领域对它们进行大致的区分。基于氮化镓（GaN）的元件可以被纳入更小、更轻的结构器件中，更有效地切换电流，可让功率损耗减少50%。氮化镓可以承受更高的电压，对高频电路尤其有优势。它的开关速度比硅基器件快20倍，这使得功率增加了三倍。由于这个原因，氮化镓功率器件最初主要用于高性能高端应用的高频电路，其在系统层面上的低电阻和小尺寸表现优异。然而现在，越来越多的智能手机厂商在其产品中集成了基于氮化镓的快充充电器 —— 这是一个里程碑，标志着氮化镓元器件也进入了大批量的消费市场。
与此同时，由于碳化硅（SiC）较低的热膨胀率，和在恶劣的环境条件中展现的韧性，因此它主要用于高温应用。碳化硅的价格为每公吨800至2000美元，与其他半导体材料相比，碳化硅的成本较高。因此，市场研究机构Yole声称，汽车行业目前是碳化硅功率器件蓬勃发展的最大推动力：在2025年，它将占据总市场份额的50%以上。碳化硅半导体主要用于电动汽车的车载充电器。
应用层出不穷
基于碳化硅和氮化镓等功率电子产品的应用领域目前正以惊人的速度发展。由于宽带隙半导体的高能源效率和极低的功率损耗，仅可再生能源领域就有望获得巨大的增长。根据市场研究报告，预计未来五年SiC和GaN功率电子器件的市场营业额将以平均每年33.7%的速度增长。因此，全球市场将从2019年的约5.7亿欧元增长到2025年的超过18亿美元。
