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为了缓解能源危机,国家大力倡导绿色能源,发展光伏发电、风能发电。在电能的产生、输送和分配过程中,电力传送效率和使用效率至关重要。当前的电力传输功率器件主要是基于半导体硅材料,由于硅的物理性能已经发掘殆尽,电力传送效率和使用效率无法进一步的提升。近日,泰科天润半导体科技(北京)有限公司实现了碳化硅功率器件的量产,打破了欧、美、日长期以来的技术垄断,迈开了我国碳化硅功率器件产业化发展的第一步。对此,记者采访了泰科天润总经理陈彤,进一步了解碳化硅功率器件的性能特点,实现量产需要克服哪些技术难题?碳化硅功率器件产业化对我国有哪些深远意义?
碳化硅材料将带来革命性变化
记者:碳化硅是第三代半导体,与第一代第二代有什么区别?
陈彤:碳化硅是半导体界公认的“一种未来的材料”,是新世纪有广阔发展潜力的新型半导体材料。碳化硅属于宽禁带半导体,物理特性与硅有很大不同。单晶碳化硅比单晶硅具有很多优越的物理特性,例如(1)大约10倍的电场强度;(2)大约高3倍的热导率;(3)大约宽3倍禁带宽度;(4)大约高一倍的饱和漂移速度。
比如:汽车里面有一整套的水冷系统,装置散热片重达两到四公斤,成本高体积大份量重,可控性又差。使用碳化硅材料可以直接抗高温,用了碳化硅器件后散热片可以直接拿掉,从几公斤的系统散热片变成零,这是一个革命性变化。
记者:碳化硅主要应用在哪些方面,您能简单介绍一些吗?
陈彤:碳化硅在高效功率器件方面有着广泛的应用,有望从本质上提高电力传送效率和使用效率。可以大幅减少能耗,减小电力设备体积和重量,降低各项设备系统的整体成本,提高系统的可靠性,广泛用于电动汽车、太阳能电池、智能电网、UPS电源、变频空调等领域。
有关实验结果表明,碳化硅光伏逆变器比硅器件光伏逆变器效率高,在30KHz时能提高3%以上;采用碳化硅生产的功率模块较硅模块体积减少60%。电动机采用变频调速可节电20%以上。各种风机、水泵电机的总耗电量约占全国发电量的36%,如采用变频调速技术,每年可节电659亿度,相当于三个葛洲坝电站的发电量。据测算,如果全国电机的驱动都采用功率半导体进行变频调速,则全国总用电需求量将降低15%到20%。
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