(資料圖片)

功率半導體是電子產(chǎn)業(yè)鏈中的核心器件之一，其功率處理功能包括變頻、變壓、變流、功率放大、功率管理等。在功率轉換應用中，平均效率通常在84%左右，轉換損失主要表現為熱量。這些熱量需要被冷卻，但冷卻技術(shù)往往需要額外的能源消耗，進(jìn)一步加劇能源效率低下。因此需要尋找創(chuàng )新解決方案，提高轉換效率，最大限度減少散熱。

隨著(zhù)云計算、人工智能等行業(yè)對電力需求不斷增加，功率轉換浪費問(wèn)題困擾全球。據《華爾街日報》報道，美國硅基功率器件開(kāi)發(fā)商iDEAL Semiconductor公司日前宣布開(kāi)發(fā)了一種新方法來(lái)遏制功率轉換的浪費，其開(kāi)發(fā)的一款新型高效功率芯片可將功率轉換浪費從16%減少到12.8%，該芯片可應用于太陽(yáng)能電池板、家用電器、數據中心服務(wù)器、電動(dòng)汽車(chē)等。

功率半導體又稱(chēng)電力電子器件，是電子產(chǎn)業(yè)鏈中的核心器件之一，其典型的功率處理功能包括變頻、變壓、變流、功率放大、功率管理等。如果集成電路芯片是大腦，那么功率半導體器件就是心臟，大腦負責處理信息，心臟負責給大腦提供能源。

通常，電網(wǎng)以標準電壓（如美國電壓為120伏）向家庭或企業(yè)輸送電力。根據實(shí)際使用情況，設備運行的電壓范圍很廣，AI處理器的電壓為0.8伏，電動(dòng)汽車(chē)的電壓超過(guò)1000伏，這些設備都需要芯片將電力轉換成可以使用的形式，同時(shí)也不可避免會(huì )造成浪費。在功率轉換應用中，平均效率通常在84%左右，轉換損失主要表現為熱量。這些熱量需要被冷卻，器件才能維持最佳運行條件。但冷卻技術(shù)往往需要額外的能源消耗，進(jìn)一步加劇了能源效率低下。因此需要尋找創(chuàng )新解決方案，提高轉換效率，最大限度減少散熱。

iDEAL聯(lián)合創(chuàng )始人兼首席執行官馬克·格拉納漢（Mark Granahan）表示，該公司基于SuperQ技術(shù)開(kāi)發(fā)的高效功率芯片可將功率轉換中的浪費從16%減少到12.8%。據《華爾街日報》報道，SuperQ技術(shù)借鑒了光伏電池的一些想法，格拉納漢認為半導體薄膜處理工藝可用于新一代硅基功率芯片，將這項技術(shù)與最先進(jìn)的數字邏輯芯片制造設備相結合是關(guān)鍵，這得以在原子尺度上工作，科學(xué)家和工程師能夠在設備的特定區域操縱單個(gè)原子，以實(shí)現相應電氣特性，提高功率半導體工作效率。

iDEAL公司成立于2016年，目標是開(kāi)發(fā)世界上最節能的功率半導體。據《華爾街日報》報道，格拉納漢在半導體領(lǐng)域擁有數十年經(jīng)驗，2014年從德州儀器退休，此后兩年在美國賓夕法尼亞州立大學(xué)材料研究所納米制造實(shí)驗室證明了他對一種新型功率芯片的想法。

值得注意的是，在功率半導體領(lǐng)域，業(yè)界一直在探索將碳化硅和氮化鎵等第三代寬禁帶半導體材料應用于高頻高壓中。例如氮化鎵材料耐熱性好，因具有高電子遷移率而成為高頻的“贏(yíng)家”，可提高晶體管的開(kāi)關(guān)轉換速度，適用于高頻率、大功率電路中。再比如美國北卡羅來(lái)納州的半導體公司W(wǎng)olfspeed利用碳化硅材料生產(chǎn)晶圓和功率半導體，根據Wolfspeed的說(shuō)法，雖然碳化硅比硅貴，但它具有系統級優(yōu)勢，利用碳化硅構建的系統體積更小、重量更輕、效率更高，從而在工業(yè)、能源和汽車(chē)應用中創(chuàng )造成本優(yōu)勢。

因此很多公司都在尋找硅的替代材料，并不像iDEAL那樣關(guān)注硅基功率器件。但格拉納漢認為，硅的替代品成本可能要貴3-4倍，而如果采用人們熟悉并且容易獲得的硅材料，iDEAL可以提供更高效的芯片，其價(jià)格/性能指標對于工作在850伏以下的器件來(lái)說(shuō)具有經(jīng)濟意義。

本文作者：張靜、李鈺全，來(lái)源：澎湃新聞，原文標題：《美國硅基功率器件公司開(kāi)發(fā)新型高效功率芯片，減少能源損耗》

風(fēng)險提示及免責條款 市場(chǎng)有風(fēng)險，投資需謹慎。本文不構成個(gè)人投資建議，也未考慮到個(gè)別用戶(hù)特殊的投資目標、財務(wù)狀況或需要。用戶(hù)應考慮本文中的任何意見(jiàn)、觀(guān)點(diǎn)或結論是否符合其特定狀況。據此投資，責任自負。

關(guān)鍵詞：