SiC上场时刻到？能源局局长：着重解决电力芯片“卡脖子”问题

化合物半导体市场

Typical application

直流断路器

电力电子技术应用的发展，促成了柔性输电系统的诞生，能大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。直流断路器作为柔性直流输电的关键部分之一，其可靠性对整个输电系统的稳定性有着较大影响。

由于直流断路器整体电压高，受限硅器件目前电压等级，使用传统硅基器件设计直流断路器需要多级子单元串联，在直流断路器中使用高压SiC器件可以大大减少串联子单元数量，是电力行业的重点研究方向。

固态变压器

随着分布式发电系统、智能电网技术以及可再生能源的发展，固态变压器作为其中的关键技术受到广泛关注。固态变压器(SST)是一种集高频变压器、电力电子转换器和控制电路为一体的新兴技术。它的目标是用“智能”解决方案取代传统的线频率分布变压器。SST技术会影响许多领域的发展，比如：智能电网、牵引系统、可再生能源系统(RESs)等等。

由于受电压、功率等方面的限制，硅基器件在固态变压器应用中不得不采用串、并联技术和复杂的电路拓扑来达到实际应用要求，导致装置的故障率和成本大大增加，制约了固态变压器在智能电网应用的进一步发展。而SiC突破了硅基功率器件电压和温度限制所导致的严重系统局限性，将有利于固态变压器的结构简化及可靠性提升。

静止同步补偿器

静止同步补偿器 (STATCOM)是一种并联型无功补偿的柔性输电装置，它能够发出或吸收无功功率，并且其输出可以变化以控制电力系统中的特定参数。

目前STATCOM多采用GTO、IGBT及IGCT等全控型器件作为开关。如IGCT其耐压可达6.5kV，通断电流可达4000A。但在输电系统中，其电压电流等级仍然偏小，需要依靠多电平拓扑或器件串联，来提高耐压能力。未来随着高压SiC技术研发成功，STATCOM的结构或将大大简化。

化合物半导体市场

Challenges in the high-pressure field

需要更低缺陷密度的衬底、外延材料。

大功率器件电压高，电流大，芯片面积非常大，所以对材料要求更高。若芯片面积内出现一个缺陷，整个芯片便失效，没有成品率而言。因此，高压器件要求衬底的缺陷密度越低越好。同时，在外延部分要进行外延缺陷的严格控制。另外，目前市场上缺乏P+衬底，也限制了高压大功率n沟道IGBT器件的产业化。

需要新型封装材料和更低寄生参数及高可靠性的封装技术。

SiC的终端场强约为Si的3倍，芯片终端尺寸有非常大的差异，传统的灌封材料硅凝胶等材料无法满足SiC封装要求，需要有开发新的高绝缘灌封材料。另一方面，SiC频率要求较高，封装寄生参数（电感、电容、电阻）应尽可能低并保持一致；且SiC模块尺寸小，芯片热应力集中，需要更为先进的散热工艺。

超高压器件形式仍不明确。

对于10kV以上超高压领域，目前业界一种方案是采用IGBT、GTO等具有明显理论优势的双极器件，但因其多层材料外延生长难度大，载流子寿命过低，难以充分发挥双极效应。另一种方案则是采用超结或者半超结的MOSFET进行相应导通电阻优化。从现阶段来看，具体采用何种方案仍需要进一步研究验证。