在過去的幾年中，新的創新半導體技術的出現，讓電源管理市場產生了模式轉變。如今碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）為我們的應用帶來了更有效的功率轉換特性，尤其是針對工業、汽車和消費電子市場的應用。這些技術被統稱為宽能隙 (Wide Bandgap) 解決方案，因為它們提供了相比傳統解決方案更大的能隙。除了節能的特性外，它們還能為各種終端設備帶來顯著優勢，如減輕重量、縮減體積和降低生命週期成本。
安富利與該領域最領先的供應商一同整理了宽能隙技術的知識包：最先進的SiC和GaN解決方案，以及它們在不同應用中的優勢。
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碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）提高功率密度
據估計，僅在歐洲，每年就有超過3兆瓦時的能量在轉換電能時流失，而電力電子技術是降低能耗損失的一個關鍵因素 。而今，寬能隙 (Wide bandgap) 半導體可以大幅提高效率和功率密度水準。特別是碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）已被證明是助力此類應用的突破性材料。
基於氮化鎵的元器件可以被整合到更小更輕的器件結構中，從而更有效地轉換電流，功率損失可縮減一半。
氮化鎵（GaN）在大批量的消費市場上逐漸佔據主導位置的同時，它還可以承受高電壓，對高頻電路特別有助益。與此同時，碳化矽（SiC）主要用於高溫應用，因為它的熱膨脹率較低，在惡劣的環境條件下更加遊刃有餘。汽車行業尤其青睞它們這種特性。但就目前看來，基於SiC和GaN的電力電子元器件正在進入越來越多的應用領域。根據市場研究報告，預計在未來五年內，SiC和GaN元器件的市場營業額平均每年將增長33.7％。
更高效地轉化能量
基於寬能隙半導體的電子器件提供了提高電力電子器件效率和功率密度的機會，使得功率電子元件更小、更快、更可靠，還更有效。
智慧能源供應、電動汽車、寬頻通信系統和人工智慧應用，這些相互作用又相關相連的系統越來越多。然而，隨著系統的數量和資料流程量的不斷增加，“一次能耗”也在不斷增加。同時，電能都需要轉換後，才能被各種系統使用。據估計，僅在歐洲，每年就有超過3兆瓦時的能量在這種轉換中損失 —— 相當於一個中型燃煤發電站的發電量。
電力電子技術是提高能源效率的關鍵
由於上述原因，高效的能源轉換正成為工業4.0和電動汽車等領域應用的最大挑戰。而在攻克了電力電子技術後，可再生能源才能被整合到電力供應網中，電動汽車方能日益精進，消費電子產品如筆記型電腦、智慧手機的充電才更加方便，製造業和加工業的驅動系統就能更可靠地運行。如今，靠著這些新的功率電子器件，我們確保了各種應用環境所需要的電壓、電流和頻率曲線，還實現了更低的能量損失和更高的功率密度。
用碳化矽和氮化鎵實現更高功率密度
基於寬能隙半導體的新電子器件大大提高了電力電子器件的效率和功率密度。寬能隙電子元件比基於矽的傳統同類產品更小、更快、更可靠，還更有效。目前，碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）作為重要材料，正在獲取越來越多的市場認可。
碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）在市場領域上有部分的重疊，我們也能根據應用領域對它們進行大致的區分。基於氮化鎵（GaN）的元件可以被納入更小、更輕的結構器件中，更有效地切換電流，可讓功率損失減少50%。氮化鎵可以承受更高的電壓，對高頻電路尤其有意義。它的開關速度比矽基器件快20倍，這使得功率增加了三倍。由於這個原因，氮化鎵功率器件最初主要用於高性能高端應用的高頻電路，其在系統層面上的低電阻和小尺寸表現優異。然而現在，越來越多的智慧手機廠商在其產品中集成了基於氮化鎵的快充充電器 —— 這是一個里程碑，標誌著氮化鎵元器件也進入了大批量的消費市場。
與此同時，由於碳化矽（SiC）較低的熱膨脹率，和在惡劣的環境條件中展現的韌性，因此它主要用於高溫應用。碳化矽的價格為每公噸800至2000美元，與其他半導體材料相比，碳化矽的成本較高。因此，市場研究機構Yole聲稱，汽車行業目前是碳化矽功率器件蓬勃發展的最大推動力：在2025年，它將佔據總市場份額的50%以上。碳化矽半導體主要用於電動汽車的車載充電器。
應用層出不窮
基於碳化矽和氮化鎵等電力電子產品的應用領域目前正以驚人的速度發展。由於寬能隙半導體的高能源效率和極低的功率損耗，僅可再生能源領域就有望獲得巨大的增長。根據市場研究報告，預計未來五年SiC和GaN電力電子器件的市場營業額將以平均每年33.7%的速度增長。因此，全球市場將從2019年的約5.7億歐元增長到2025年的超過18億美元。
