電子行業(yè)在不斷發(fā)展，它受到與能源需求不斷增長(zhǎng)相關(guān)的全球挑戰(zhàn)的推動(dòng)，以提供越來(lái)越高效的流程和組件。使用可再生能源可以減少碳排放。所有這些都推動(dòng)研究和材料科學(xué)尋找旨在優(yōu)化設(shè)備的新解決方案。

綠色能源

大功率半導(dǎo)體是控制風(fēng)力渦輪機(jī)和光伏電池等可再生能源的重要組件。能量轉(zhuǎn)換的所有階段都需要功率半導(dǎo)體：發(fā)電、傳輸和使用。盡管全球能源需求不斷增長(zhǎng)，但最高效的半導(dǎo)體為減少二氧化碳排放做出了重要貢獻(xiàn)。

為了從各種能源中獲得最大效率，因此必須針對(duì)給定條件選擇正確的設(shè)備。 IGBT是高性能電源轉(zhuǎn)換電路 （HPPC） 中的重要組件。雖然功率 MOSFET 通常用于低壓應(yīng)用，但 IGBT 則針對(duì)高壓應(yīng)用進(jìn)行了高度優(yōu)化。提高操作效率和減少損失現(xiàn)在是使用這些設(shè)備的設(shè)計(jì)人員的主要關(guān)注點(diǎn)。

圖 1：英飛凌的 Hybridpack2 ［來(lái)源：英飛凌］

必須取得進(jìn)展，使高壓 IGBT 器件能夠支持越來(lái)越多的應(yīng)用領(lǐng)域目前所需的高頻水平，包括混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車 （HEV）、太陽(yáng)能基礎(chǔ)設(shè)施、UPS 單元（不間斷電源）和HEV充電站。更高頻率下的能效將顯著提高這些應(yīng)用的性能，同時(shí)顯著降低開關(guān)損耗（圖 1）。

該項(xiàng)目

功率半導(dǎo)體對(duì)所有類型的能量轉(zhuǎn)換都有濃厚的興趣。未來(lái)三年，來(lái)自8個(gè)國(guó)家的43個(gè)合作伙伴將參與創(chuàng)新功率半導(dǎo)體的研發(fā)，從而幫助擴(kuò)大半導(dǎo)體制造的競(jìng)爭(zhēng)力。大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、中小企業(yè)將參與這項(xiàng)由英飛凌科技協(xié)調(diào)的合作過程。

圖 2：Power2Power 合作伙伴 ［來(lái)源：英飛凌］

通過這些全球性的努力，可以實(shí)現(xiàn)大批量智能電力電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，將市場(chǎng)轉(zhuǎn)向節(jié)能應(yīng)用，以滿足歐盟的二氧化碳減排目標(biāo)。

Power2Power 的目標(biāo)將推動(dòng)基于 Si 的高壓 IGBT 解決方案的技術(shù)前沿走向新的維度和更高的穩(wěn)健性和可靠性。此外，它將解決影響電力系統(tǒng)的問題，提高能源效率，提高在汽車、工業(yè)和網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施的功率密度（圖 2）。

IGBT 將 MOSFET 的隔離柵極技術(shù)與傳統(tǒng)雙極晶體管的輸出性能特性相結(jié)合。IGBT 的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為低電壓降和更高的通態(tài)電流密度。因此，更小的芯片尺寸是可能的，并且可以降低成本。該器件具有較低的導(dǎo)通電阻和傳導(dǎo)損耗，并且能夠在高頻下無(wú)損壞地切換高電壓，因此非常適合驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載，例如線圈繞組、電磁體和直流電機(jī)。

圖3：IGBT市場(chǎng)［來(lái)源：公司網(wǎng)站、年報(bào)、白皮書、MRFR分析］

電動(dòng)汽車需求的增加導(dǎo)致更多地采用 IGBT。因此，由于快速的開關(guān)速率和優(yōu)化的功率損耗，全球 IGBT 市場(chǎng)在不久的將來(lái)應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)溫和增長(zhǎng)。然而，目前的高溫?fù)p失正在阻礙市場(chǎng)增長(zhǎng)（圖3）。

Power2Power 面臨的一些挑戰(zhàn)如下：

第一個(gè)基于 300 毫米晶圓的合格硅基 IGBT 技術(shù)超過 1700 伏

200°C的結(jié)溫，允許20%的更高功率密度

耐用性提高 50%

使用列車變流器時(shí)損失減少 10%

為了大幅減少 CO 2排放，高功率密度、堅(jiān)固且緊湊的解決方案等關(guān)鍵元素正在成為高功率應(yīng)用的趨勢(shì)。可靠性是電力電子項(xiàng)目中要考慮的主要方面之一。技術(shù)成熟、驅(qū)動(dòng)器解決方案的改進(jìn)和成本的大幅降低是有利于半導(dǎo)體技術(shù)傳播的主要原因。

Power2Power 將研究用于可持續(xù)減少碳消耗的下一代硅基電源解決方案。該項(xiàng)目的成本為 7500 萬(wàn)歐元，其中很大一部分由歐盟提供。通過強(qiáng)有力的伙伴關(guān)系和創(chuàng)新投資，合作項(xiàng)目還將保證和創(chuàng)造高素質(zhì)的就業(yè)機(jī)會(huì)。