SiC 與 GaN 功率半導體的差異:耐壓、頻率、用途比較
碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN)的能隙都比矽寬,在電力轉換上勝過矽。它們能承受高電場、切換速度快,損耗也小。區分使用的依據是電壓。SiC 適合電動車的逆變器等高電壓、大功率的用途。GaN 則擅長在相對較低的電壓下、切換頻率非常高的用途,用於小型快速充電器等。
| 項目 | SiC | GaN |
|---|---|---|
| 能隙 | 約 3.3 eV(4H-SiC)。矽為 1.12 eV | 約 3.4 eV |
| 崩潰電場 | 約為矽的 10 倍 | 約為矽的 10 倍 |
| 熱導率 | 高。約為矽的 3 倍,容易散熱 | 與矽相當,低於 SiC |
| 代表性元件 | 垂直型的 MOSFET 與蕭特基能障二極體 | 以二維電子氣作為通道的橫向型 HEMT |
| 代表性耐壓 | 約 650 V 至 3.3 kV,也有更高的 | 以 650 V 左右以下為主 |
| 切換頻率 | 高(數十至數百 kHz) | 非常高(數百 kHz 至 MHz) |
| 基板與晶圓 | SiC 晶圓昂貴,晶體成長也困難 | 多半在矽晶圓上成長(GaN-on-Si)。便宜,可在矽晶圓廠製造。RF 用途也使用 GaN-on-SiC |
| 設計上的課題 | 閘極氧化膜的可靠度,以及較高的閘極驅動電壓 | 必須避免常開(normally-on),且閘極可承受的電壓範圍小 |
| 主要用途 | 電動車的驅動用逆變器、車載充電器、太陽能發電的逆變器、工業用馬達驅動、鐵路 | 小型快速充電器與電源轉接器、資料中心的電源、5G 基地台的 RF 放大器 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。