SiC 半导体晶片 = 效率更高的电动车？

上一次看到 SiC 这个英文缩写还是在高中化学课本里，当时对于碳化硅这个玩意儿的了解也仅仅停留在「 硬度为 9.5，仅次于世界上最硬的金刚石（钻石）」「 化学性能稳定、导热系数高」 等等，当时为了应付化学考试，还死记硬背了它的几大应用领域：功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料；另外高纯度的单晶，还可以用于制造半导体。以下文字有些烧脑，请启动你大脑高功率模式，有任何问题欢迎交流讨论留言。我会从 SiC 本身是什么一直讲到它在电动车上的应用。简单说就是 SiC 可以做到小而高效，但是价格略高。 实际上咱们经常使用的各种电子产品中的处理器、存储器等芯片，通常都是基于硅晶体（单晶硅或多晶硅）制造出来的。还有一类半导体是基于化合物晶体制造的，SiC（碳化硅）半导体就是其中之一。 除了普通电子产品的芯片，SiC 功率半导体在家电、铁路、工业设备等领域也已经开始投入实用。三菱电机领先业界为家电了配备 SiC 功率半导体：在 2010 年为空调配备了 SiC 二极管。其 2011 年投产了铁路车辆用 SiC 二极管，2012 年由东京地铁银座线车辆所采用。 硅半导体晶片（左）和碳化硅 SiC 半导体晶片（右）  SiC 碳化硅在电动车电驱系统上的应用   丰田中央研发实验室（CRDL）的科学家们和著名零部件厂商电装从 80 年代就开始合作开发碳化硅半导体材料，而今年 5 月它们正式发布了基于碳化硅半导体材料的零部件，应用于新能源车型的功率控制单元（PCU）。 什么是 PCU？ PCU 听起来很陌生，实际上它存在于电池和电机之间，像是电驱系统的中枢神经，管理电池中的电能与电机之间的流向、传递速度，并且还能控制刹车时回收的能量通过发电机给电池充电时电池内部电流的速度。 PCU 同时具备逆变器和升降压转换器的作用： 逆变器：将充电电池的直流电压转换成马达驱动用的交流电压；将马达再生的交流电压转换成直流电压。                                                                                                                                     升降压转换器：升高和降低充电电池供应给马达的电压。 形象的说其作用类似我们平时家用电脑所使用的 CPU，整车动力系统完全由它来「 调兵遣将」，它会告诉动力系统什么时候该做些什么。 采用 SiC 功率半导体后力争实现的尺寸（左）与配备 Si 功率半导体的现行 PCU（右）  为什么是 SiC？   从材料特性上来说，SiC 碳化硅半导体相对于硅基半导体有很大差异，SiC 半导体比硅基半导体有 *大禁带宽度（禁带宽度对于半导体器件性能的影响是不言而喻的，它直接决定着器件的耐压和最高工作温度）、高临界击穿场强、高热导率。最开始只有在高技术的航天领域才会用到的 SiC 现在也普及到电动车、混合动力车灯使用大功率半导体部件的交通工具领域。 装有 SiC 碳化硅半导体器件的 PCU … 继续阅读