新興的SiC和GaN功率器件市場未來10年預計增長18倍，主要需求市場是電源、光伏逆變器和工業電機驅動。SiC肖特基二極管已經有10年以上歷史，但SiC MOSFET、SiC JFET和SiC BJT近年才出現，GaN功率器件更是剛剛才在市場上出現。他們誰會成為未來新興功率器件市場的主角？我們現在應該選用他們嗎？
在這些新興功率器件中，我們選取了其中最具代表性的產品逐一介紹，在對比中觸摸他們的發展脈搏，看看誰將在未來新興功率器件市場中勝出？我們又該如何選擇？
高效、高可靠性：SiC BJT產品可實現較高的效率、電流密度和可靠性，并且能夠順利地進行高溫工作。此外，SiC BJT有優良的溫度穩定性，在高溫工作的特性跟常溫時沒有差別。SiC BJT其實具備了所有IGBT的優點并同時解決了所有使用IGBT設計上的瓶頸。由于IGBT是電壓驅動，而SiC BJT 是電流驅動，設計工程師要用SiC BJT取代IGBT，開始時可能會不習慣，但是器件供應商，如GeneSiC，一般都會提供參考設計，以幫助工程師設計驅動線路。將來這方面的專用驅動芯片推出后，使用SiC BJT就會更簡化。
損耗低，可降低成本：SiC BJT的Vce降低了47%，Eon降低了60%，Eoff降低了67%。SiC BJT可提供市場上最低的傳導損耗，室溫時，每平方厘米Ron小于2.2毫歐姆。SiC BJT可提供最小的總損耗，包括驅動器損耗。SiC BJT是有史以來最高效的1200V 功率轉換開關，SiC BJT實現了更高的開關頻率，其傳導和開關損耗較IGBT低(30-50%)，從而能夠在相同尺寸的系統中實現高達40%的輸出功率提升。
2KW從400V到800V的升壓電路，用硅IGBT實現時只能實現25KHz開關頻率，而且需要用到5個薄膜電容，而用SiC BJT實現時，不僅開關頻率可做到72KHz，而且只需要用到2個薄膜電容，散熱器尺寸、電感尺寸都降低三分之一，亦即可用更小的電感，從而大大節省系統總BOM成本。
提高電源的開關頻率，實現高頻化：傳統IGBT最大缺點是開關速度慢，工作頻率低，它在關斷時有個電流尾巴會造成很高的關斷損耗。SiC BJT開關速度快又沒有IGBT關斷是電流尾巴，所以開關損耗很低。在相同額定耐壓情況下，SiC BJT的導通內阻也比IGBT的VCE(sat)來得低，這可以減少傳導損耗。
SiC BJT最佳的應用場合是大于3000W功率的電源設計，這類電源很多是用IGBT來做開關器件，以達到成本及效率上的最佳化。設計工程師如果用SiC BJT來取代IGBT，是可以很容易把電源開關頻率大幅提升，從而縮小產品的體積以并提升轉換效率。由于頻率的提升，在設計上也可以減少周邊電路所需的電感，電容的數目，有助于節省成本。另一方面，SiC BJT的開關速度很快，可在<20nS內完成開關動作，這樣的速度甚至比MOSFET還快，所以它也是可以用來取代MOSFET的。
跟雙極型IGBT器件比較，SiC BJT具有更低的導通內阻，能進一步降低傳導損耗。SiC BJT的高溫度穩定性，低漏電，都超越了IGBT及MOSFET。此外，它的內阻呈正溫度系數變化，很容易并聯起來使用以作大功率的電源設計。
受制于制造成本和產品良率影響，目前阻礙SiC產品大規模進入市場的主要原因是價格昂貴，一般是同類Si產品的10倍左右。我個人認為2013年SiC市場將正式啟動，在未來2-3年SiC BJT器件有可能首先成為最先被市場接受的產品。在2015年左右SiC器件產品良率將會大幅度提升，價格也將下降，那時SiC產品可能會實現規模應用?！?
那么SiC MOSFET與SiC BJT相比有什么優勢呢？
SiC MOSFET是在2010年中推出市場的，這期間有不少工程師開始接觸到SiC MOSFET，對它的特性也比較了解。SiC MOSFET在使用上，尤其是驅動方面是很接近傳統的IGBT，所以取代IGBT占有一些優勢。但是SiC BJT的生產成本比SiC MOSFET來得高，長期而言，哪一類的SiC解決方案會被市場接受將會取決于成本。此外，許多設計工程師也關注SiC MOSFET閘極氧化層(oxidation layer)在長期工作的可靠性，是有可能會影響器件的工作壽命，而SiC BJT在結構上則沒有這個閘極氧化層，在可靠性是沒有這個隱憂。
到2022年，SiC MOSFET營收預計可達到4億美元，超過SiC肖特基二極管成為最受市場歡迎的SiC分立器件。與此同時，預計SiC JFET和SiC BJT到2022年的營收將不到SiC MOSFET的一半，盡管它們有可能已實現良好的可靠性、價格和性能。
目前終端用戶偏好SiC MOSFET，因為成本的問題。但是為了提高產品的性能，SiC BJT將會作為首選。所以目前SiC BJT供應商目前面臨的一個主要挑戰是如何教育它們的潛在客戶接受這些新的技術。
GaN剛剛起步但后勁十足
GaN是一種寬帶隙材料，可提供類似SiC的性能特色，但有更大的成本降低潛力。這一性價比優勢是有可能實現的，因為GaN功率器件可在硅襯底上生長出來，與SiC襯底相比，它的成本更低。
GaN 在 600V/3KW 以下的應用場合比較占優勢，并有可能在這些應用取代MOSFET或IGBT,這些應用包掛了微型逆變器，伺服器，馬達驅動,UPS。
由于全球經濟的不景氣和SiC的價格下降幅度并不如預期的大，SiC和GaN功率器件需求市場近幾年并沒有出現強烈增長。與之相反，業界對GaN技術的信心開始增長，因為更多的半導體供應商宣布了GaN開發計劃。例如，Transphorm已經成為第一家。
決定GaN功率器件未來市場增長速度的關鍵因素是GaN功率器件的成本和性能多快做到與硅MOSFET差不多的水平，CNT預計這有可能要到2019年才能實現，一旦2019年業界能實現這一點，我們預計2022年的GaN功率器件需求市場將超過10億美元。
GaN發展之路才剛剛開始，以品質因數RQ代表的基本器件性能將得到根本性的提升。隨著人們對材料和工藝的進一步了解，在今后三年內性能極有希望提高2倍，在今后10年內有望提高10倍。硅基GaN不需要封裝，因此能去除與封裝相關的一切成本、電路板面積、熱阻、電阻及封裝后功率器件經常遇到的可靠性問題。
看了這些新興功率器件對比，你會如何選擇呢？
