在半导体市场上，宽能隙技术广泛应用，其中碳化矽和氮化??是两种具有不同特性的材料。碳化矽主要用於汽车和工业领域的大功率系统设备。由於中国和亚洲地区的电动汽车市场蓬勃发展，相较於欧美国家，其成长速度更为迅速，因此在汽车应用领域中，碳化矽元件在电动汽车的动力总成、车载充电器和充电站中得到广泛应用。未来，随着汽车和工业大功率电源解决方案的快速、大规模采用，碳化矽的市场需求也将会持续增长。

相对於碳化矽，氮化??在低功率应用方面表现更为优秀，其开关频率更高，有助於实现系统级小型化，甚至比碳化矽更为优越。因此，氮化??在许多消费性应用中具有广泛应用前景，如笔记型电脑的电源和行动装置的电源转接器。同时，由於氮化??具有整合控制单元的能力，也可用於开辟新的应用领域。此外，氮化??还适用於工业和汽车应用，特别是充电系统，但是，其可靠性需得到提升。目前，改进氮化??技术性能和可靠度，以实现更高的开关频率，是未来需要解决的技术瓶颈。

开关频率优势

意法半导体汽车和离散元件产品部（ADG）执行??总裁暨功率电晶体事业部总经理Edoardo Merli指出，碳化矽和氮化??这种宽能隙材料，在功率利用和开关频率方面具有独特的优势。这两种材料的导电特性略有不同，碳化矽可以提供更高的功率并提升开关频率，而氮化??则更适合低功率应用，能够消耗更少的电能，甚至可以使系统更小型化。这两种材料与现有的矽科技互补，但也存在一定的重叠。未来，厂商们将持续改进和优化这些技术，以满足不断变化的需求。然而，这些新材料也带来了一些限制和挑战，需要进一步深入了解和突破。

由於宽能隙材料本身的特性，使得碳化矽和氮化??元件在效能和开关性能方面表现出色。至於控制碳化矽可以用常规驱动器，但是其驱动电压值与传统矽基电晶体不同，驱动电压是碳化矽技术的一个重要叁数，半导体厂商正致力於研究根据不同的应用情境，来提供不同的驱动电压值，并开发碳化矽专用驱动器。

图一 : SiC与GaN的优势与差异（source：STMicroelectronics）

加速电动车普及

碳化矽可用於制造牵引逆变器、充电桩、DC-DC转换器等配套设备，提供电动车更长的行驶里程和减轻车辆重量。

碳化矽的应用涵盖领域包括汽车制造和工业应用等，许多优势对终端使用者都是显而易见的。以电动汽车制造为例，碳化矽可用於制造牵引逆变器、充电桩、DC-DC转换器等配套设备。这些设备能够提供更长的行驶里程和减轻车辆自重，使用者在使用过程中可以直观感受到这些优势。此外，碳化矽还可以提供性能更强的电动汽车充电站，加快充电速度、缩短充电时间，进而促进电动汽车的推广和普及。

意法半导体车用和离散元件产品部策略业务开发负责人Luca Sarica指出，汽车市场正加速往电动汽车的方向发展。如果将传统汽车与电动汽车进行比较，会发现电动汽车增加了四、五类新的电子模组，包含电驱逆变器、车载充电器、DC-DC转换器，及电池管理系统等。每种电子模组所包含的电子元件数量相当多，这对於半导体供应商来说是一个新的商机。

而新增的半导体元件成本，扣除去常规电子元件，每辆汽车新增的半导体元件成本高达1,000美元，也就是说，新增的电子元件几??有九成都来自於电源设备。每一个应用、每一个电子模组都需要电源解决方案驱动，而每一个应用也都需要像大脑一般的数位化解决方案，这其中就要透过类比元件来帮助驱动应用，将大脑与电源连接起来。

传统汽车转型至现代化汽车的另一个关键，是软体定义汽车及汽车所采用的新架构。导致汽车半导体元件增加的另外四个主要因素，第一是新的汽车架构以及为了使更复杂的软体平台运作，所需新增加的先进微控制器及处理器。而这也是车用市场和消费市场融合的结果，除了能跑越来越多的里程数，还能与云端的连线，并运作非常复杂又需随时更新的软体。而另外包含ADAS和自动驾驶汽车中的视觉系统、V2X 和互联、以及雷达系统等因素亦同等重要。

车用领域的重大变革

Luca Sarica说，汽车市场是意法半导体的核心业务。目前，ST正从传统汽车迈向电动及连网汽车转型。这个转型趋势代表车用领域发生了重大变革，亦同时带动了半导体的商机。顺应这两大趋势的过程中，车用半导体元件数量飞速成长。一辆传统汽车中半导体元件的成本，大约是500美元，然而，如果再统计一辆新软体定义电动汽车中的半导体元件的成本，预估大约落在1,500至2,000美元，也就是传统汽车的三至四倍。

图二 : 全球电动汽车革命正在加速（source：STMicroelectronics）

ST在过去几年当中，在电动汽车与汽车电动化领域投入大量资金，包含投资新的宽能隙（WBG）技术及解决方案，像是碳化矽（SiC），以及氮化??（GaN）。目前，尤其是在碳化矽领域，意法半导体是在汽车产业中提供解决方案并支援客户制造超高效能电动汽车的企业。

在数位化领域，ST不仅止於投资新技术，还予以创新，以因应转型於软体定义汽车的需求。其中，ST投资开发了名为FD-SOI的数位技术，该技术配备嵌入式非易失性记忆体和相变记忆体（PCM），是ST Stellar MCU统一数位平台的主力。此平台主要适用於连接云端的现代汽车，因为连接云端的现代汽车所需之运算能力高出传统汽车10倍以上，因此，ST Stellar统一数位化平台便成为软体定义汽车的重要基础。

汽车的动力系统发展正在从内燃机（ICE）转向电动机，这是一个不可阻挡的趋势。许多老牌传统车商已经宣布了燃油车停产计画。宽能隙半导体的应用可能会影响并加速汽车电动化进程，因为车商一直在努力提升汽车的效能、延长续航里程并减少充电间隔。只有宽能隙半导体才能够实现这些目标，协助汽车向永续出行的方向发展。

结语

碳化矽MOSFET被广泛采用的主要原因是它可以减少功率转换过程中的电能损耗，具有较低的耗散功率。因为导通损耗和开关损耗较低，使得效能这个关键叁数可以得到明显的改进。

效能的提升能够降低传统能源，例如石油或煤炭等的使用量，进而减少环境污染，并扩大太阳能或风能等可再生能源的大规模应用。效能提升还能够让电动汽车制造商推出一次充电便可行驶更长距离，且充电频率更低的车型，进而成为人们心目中真正的燃油车替代品。