節(jié)能省電，下一代功率半導(dǎo)體的發(fā)展趨勢

　　變頻器（Inverter）或是轉(zhuǎn)換器（Converter）等電力轉(zhuǎn)換裝置，皆使用了功率半導(dǎo)體元件。在現(xiàn)今的市場上，使用SiC、GaN的下一代產(chǎn)品特別引人注目。政府民間同心致力于開發(fā)的日本，正在成為開拓新市場的世界先驅(qū)。

　　2012年8月30日，昭和電工宣布其功率半導(dǎo)體元件的4吋SiC磊晶晶圓（epitaxial wafer）之生產(chǎn)能力已增加到目前的2.5倍。

　　看見市場的成長

　　使用SiC（碳化硅）的功率半導(dǎo)體元件，對于諸如變頻器（Inverter）等電力轉(zhuǎn)換裝置的小型化和減少損失是很有效的方式；因此，裝置製造商對于推動產(chǎn)品的開發(fā)一直很積極。此次，生產(chǎn)能力增加的塬因是，「家電產(chǎn)品等低電壓、低電流的應(yīng)用領(lǐng)域正在逐漸產(chǎn)生實(shí)際的需求；加上，鐵道車輛、工業(yè)設(shè)備等高電壓、大電流的開發(fā)案件也逐漸在增加」等因素。SiC製的元件與相互競爭的Si製產(chǎn)品相比較，其價(jià)格高昂而成為難以普及的瓶頸；如果增加了優(yōu)良品質(zhì)磊晶晶圓的供給量，元件成本就可望能降低（圖1）。

　　事實(shí)上，在從事SiC元件的開發(fā)上，各企業(yè)的動作都相當(dāng)活躍。在這領(lǐng)域中開拓發(fā)展最為積極的羅姆（ROHM），于2012年3月召開的說明會上，發(fā)表了對于SiC業(yè)務(wù)相關(guān)的前景。根據(jù)該報(bào)告，2010年的銷售額也僅有17億日圓，到了2011年倍增到35億日圓，預(yù)計(jì)2012年將達(dá)到50億日圓的規(guī)模。因此，發(fā)表2014年的目標(biāo)銷售額可以增長到160億日圓。

　　對于SiC元件展開事業(yè)的廠商也有不少，例如叁菱電機(jī)、富士電機(jī)等；各個(gè)公司對于營業(yè)額的預(yù)測抱持著謹(jǐn)慎的態(tài)度，對于數(shù)年后的目標(biāo)幾乎沒有表示具體的數(shù)字。在ROHM的發(fā)表中，的確表明了SiC元件在企業(yè)用戶中，從開發(fā)階段過渡到實(shí)際需求的階段，正在穩(wěn)步推進(jìn)中。

　　應(yīng)用領(lǐng)域多樣化

　　應(yīng)用功率半導(dǎo)體元件的代表性產(chǎn)品就是變頻器。它是改變直流到交流的電力轉(zhuǎn)換裝置，使用交流馬達(dá)來驅(qū)動、就可以因應(yīng)負(fù)載來控制旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了顯著的節(jié)能效果。

　　在日本，如空調(diào)和洗衣機(jī)等已經(jīng)率先採用。未來，若是也進(jìn)行導(dǎo)入到工業(yè)用馬達(dá)，那么，整體龐大的節(jié)能效果是可以期待的。因?yàn)橐话阏J(rèn)為，日本的電力消耗約60％是馬達(dá)所消耗掉的，其中變頻器的利用率也僅有約10％的程度（圖2）。

　　變頻器、轉(zhuǎn)換器（從交流轉(zhuǎn)換為直流）等電力轉(zhuǎn)換裝置，并不局限于馬達(dá)驅(qū)動的用途，也能夠運(yùn)用在各種的應(yīng)用上。多數(shù)用于太陽能電池、固定型蓄電池等直流裝置的智慧型電網(wǎng)（Smart Grid）等，從此就顯得更特別必要。而且，對于充電電池的直流升壓來驅(qū)動馬達(dá)，是油電混合車（HEV）或電動車（EV）的核心組件。還有，大量使用直流設(shè)備的云端資料中心（Data Center），對于小型化具有高效率的電力轉(zhuǎn)換裝置之需求也是非常強(qiáng)烈（圖3）。