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根据英飞凌数据,对于直流充电桩,20kW 充电桩充满电需要 120min,150kW 需要 16mi n, 而 350kW 仅需要 7min,因此 800V 高压平台+超级充电桩已成为趋势,而在 800V 及以上高压情况下,Si 基材料由于其材料的局限性,SiC 等第三代半导体将有望大放异彩。
半导体衬底材料历经发展,一共经历了 3 个阶段:
1、第一阶段:1950 年代开始,以 Si 和 Ge 为代表的第一代半导体材料制备而成的晶体管取 代电子管,其典型应用是集成电路,主要应用于低压、低频、低功率的晶体管和探测器中, 95%以上的集成电路都是以硅基材料制作;
2、第二阶段:1990 年代开始,以 GaAs 为代表的第二代半导体材料崭露头角,由于其电子 迁移率是 Si 的 6 倍,具有直接带隙,因此具有高频、高速的光电性能,被广泛用于制作半导 体发光二极管和通信器件;
3、第三阶段:近年来,以 SiC、GaN 为代表的第三代半导体材料在禁带宽度、击穿场强、饱 和电子漂移速率、热导率以及抗辐射等方面具有显著优势,可以满足对高温、高功率、高压、 高频及抗辐射等恶劣工作条件的要求,同时功耗更低,体积更小。
具体表现在:
1)能量损耗低。SiC 模块的开关损耗和导通损耗显著低于同等 IGBT模块,且随着开关频率 的提高,损耗越低,同时可以实现高速开关,有助于降低电池用量,提高续航里程;
2)封装尺寸小。在功率相同条件下,SiC 功率模块的体积显著小于硅基模块,有助于提升系统的功率密度;
3)实现高频开关。SiC 材料的饱和电子漂移速率是 Si 的 2 倍,有助于提升器件的工作频率; 高临界击穿电场的特性使其能够将 MOSFET 带入高压领域,克服 IGBT 在开关过程中的拖 尾电流问题,降低开关损耗和整车能耗,减少无源器件如电容、电感等的使用,从而减少系 统体积和重量;
4)耐高温、散热能力强。SiC 的禁带宽度、热导率约是 Si 的 3 倍,可承受更高温度,高热 导率也将带来功率密度的提升和热量的更易释放,冷却部件可小型化,有利于系统的小型化 和轻量化。
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