探寻后摩尔时代 | 宽禁带半导体：一场能源转换链中的革命 “编者按：过去的半个多世纪

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编者按：过去的半个多世纪，半导体行业一直遵循摩尔定律的轨迹高速发展，如今单纯靠提升工艺来提升芯片性能的方法已经无法充分满足时代的需求，半导体行业也逐步进入了“后摩尔时代” 。后摩尔时代的来临，给中国集成电路产业发展带来新的发展机会，《中国电子报》推出“探寻后摩尔时代集成电路的颠覆性技术”系列报道，对集成电路潜在颠覆性技术进行梳理，探讨每一项技术的发展现状、产业难题、未来前景。敬请关注。
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以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带（第三代）半导体凭借优异的物理特性，天然适合制作高压、高频、高功率的半导体器件。可以说，宽禁带半导体能实现硅材料难以实现的功能，也能在部分与硅材料交叉的领域达到更高的性能和更低的系统性成本，被视为后摩尔时代材料创新的关键角色。
“宽禁带半导体是对硅材料的有益补充，硅做不到的高频可以通过氮化镓来做，硅做不到的高压可以通过碳化硅来做。这种补充和提升，是宽禁带半导体在后摩尔时代的主要价值。”西安电子科技大学郭辉副教授向《中国电子报》采访人员表示。
电力电子技术的未来
后摩尔时代不仅是集成电路技术的换挡器，也是全社会从信息化步入智能化时代的转换阶段，其中起到关键作用的人工智能、大数据、车联网等技术如何用电显得非常关键。用电需求的提升与低碳环保的需求，让更智慧、更高效的能源生产、传输、配送、储存和使用方式成为后摩尔时代的刚需。
“在整个能源转换链中，宽禁带半导体的节能潜力可为实现长期的全球节能目标作出贡献。宽禁带技术将推动电力电子器件提高效率、提高密度、缩小尺寸、减轻重量、降低总成本，因此将在数据中心、智能楼宇、个人电子设备等应用场景中为能效提升作出贡献。” 英飞凌科技电源与传感事业部大中华区应用市场总监程文涛向《中国电子报》采访人员指出。
高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等物理特性，让宽禁带半导体天然适合对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件要求较高的应用，被视为电力电子领域的颠覆性技术。
“我们正在经历电力电子领域的一场革命。宽禁带器件提供三个主要优势：提升效率、增加功率密度和降低系统成本。这些都是改变游戏规则的技术，而我们从未见过任何新技术在推出时就能够比旧技术更具成本效益、拥有更广泛的产品系列或拥有更多的成功案例。”安世半导体氮化镓市场及营销总监Giuliano Cassataro向《中国电子报》采访人员表示。
具体来看，宽禁带半导体能提供低阻抗，以降低导通损耗，实现能效的提升。
“宽禁带半导体是电力电子技术的未来，能够满足客户对阻抗和电容等参数的更高要求。电动车及充电桩对高压、高频和高能效的需求正在推动碳化硅的大幅增长。在新能源领域， SiC 可应用于太阳能升压逆变器，已有不少厂家开始使用SiC MOSFET作为主驱逆变的器件替换过去的三电平控制复杂电路。”安森美半导体电源方案部市场营销经理袁光明向采访人员指出。
宽禁带提升能效的另一个表现，是提供了更高的功率密度。英飞凌科技工业功率控制事业部市场总监陈子颖向采访人员表示，在电力电子系统应用中，一直期待1200V以上耐压的高速功率器件出现，这样的器件当今非SiC MOSFET莫属。