碳化硅功率元器件的开发在分为二极管和晶体管2个阶段进行。二极管的结构较为简单,易于制造。首先公布产品的是德国英飞凌科技公司(Infineon Technologies),时间为2001年。如今在日本国内,有三菱电机、罗姆等7家企业涉足该领域,包括海外在内,目前有10多家企业进入了该领域,已经推出多种产品(表1)。
表1 从事碳化硅功率元件或功率元件碳化硅基板业务的主要企业 |
另一方面,晶体管仍处于开发阶段。虽然有企业宣布已经实现产品化,但似乎仅能用于部分用途。最大的问题在于其结构较为复杂,难以生产,以及成本较高。
据称,仅将利用硅半导体制造的逆变器的二极管部分改为碳化硅,即可使能量损失削减15~30%。不光是二极管,如果将晶体管也改为碳化硅,损失可降低到50%以下。根据具体用途,有时会取得更好的效果。
例如,罗姆从今年开始生产的碳化硅功率模块,其二极管和晶体管均使用了碳化硅,该公司称,与原先使用硅的产品相比,可使电力损耗削减85%左右(图6)。
图6 罗姆开发及开始量产的全碳化硅功率模块 |