美国硅基功率器件公司开发新型高效功率芯片，减少能源损耗

·功率半导体是电子产业链中的核心器件之一，其功率处理功能包括变频、变压、变流、功率放大、功率管理等。在功率转换应用中，平均效率通常在84%左右，转换损失主要表现为热量。这些热量需要被冷却，但冷却技术往往需要额外的能源消耗，进一步加剧能源效率低下。因此需要寻找创新解决方案，提高转换效率，最大限度减少散热。

随着云计算、人工智能等行业对电力需求不断增加，功率转换浪费问题困扰全球。据《华尔街日报》报道，美国硅基功率器件开发商iDEAL Semiconductor公司日前宣布开发了一种新方法来遏制功率转换的浪费，其开发的一款新型高效功率芯片可将功率转换浪费从16%减少到12.8%，该芯片可应用于太阳能电池板、家用电器、数据中心服务器、电动汽车等。

功率半导体又称电力电子器件，是电子产业链中的核心器件之一，其典型的功率处理功能包括变频、变压、变流、功率放大、功率管理等。如果集成电路芯片是大脑，那么功率半导体器件就是心脏，大脑负责处理信息，心脏负责给大脑提供能源。

通常，电网以标准电压（如美国电压为120伏）向家庭或企业输送电力。根据实际使用情况，设备运行的电压范围很广，AI处理器的电压为0.8伏，电动汽车的电压超过1000伏，这些设备都需要芯片将电力转换成可以使用的形式，同时也不可避免会造成浪费。在功率转换应用中，平均效率通常在84%左右，转换损失主要表现为热量。这些热量需要被冷却，器件才能维持最佳运行条件。但冷却技术往往需要额外的能源消耗，进一步加剧了能源效率低下。因此需要寻找创新解决方案，提高转换效率，最大限度减少散热。

iDEAL联合创始人兼首席执行官马克·格拉纳汉（Mark Granahan）表示，该公司基于SuperQ技术开发的高效功率芯片可将功率转换中的浪费从16%减少到12.8%。据《华尔街日报》报道，SuperQ技术借鉴了光伏电池的一些想法，格拉纳汉认为半导体薄膜处理工艺可用于新一代硅基功率芯片，将这项技术与最先进的数字逻辑芯片制造设备相结合是关键，这得以在原子尺度上工作，科学家和工程师能够在设备的特定区域操纵单个原子，以实现相应电气特性，提高功率半导体工作效率。

iDEAL公司成立于2016年，目标是开发世界上最节能的功率半导体。据《华尔街日报》报道，格拉纳汉在半导体领域拥有数十年经验，2014年从德州仪器退休，此后两年在美国宾夕法尼亚州立大学材料研究所纳米制造实验室证明了他对一种新型功率芯片的想法。

值得注意的是，在功率半导体领域，业界一直在探索将碳化硅和氮化镓等第三代宽禁带半导体材料应用于高频高压中。例如氮化镓材料耐热性好，因具有高电子迁移率而成为高频的“赢家”，可提高晶体管的开关转换速度，适用于高频率、大功率电路中。再比如美国北卡罗来纳州的半导体公司Wolfspeed利用碳化硅材料生产晶圆和功率半导体，根据Wolfspeed的说法，虽然碳化硅比硅贵，但它具有系统级优势，利用碳化硅构建的系统体积更小、重量更轻、效率更高，从而在工业、能源和汽车应用中创造成本优势。

因此很多公司都在寻找硅的替代材料，并不像iDEAL那样关注硅基功率器件。但格拉纳汉认为，硅的替代品成本可能要贵3-4倍，而如果采用人们熟悉并且容易获得的硅材料，iDEAL可以提供更高效的芯片，其价格/性能指标对于工作在850伏以下的器件来说具有经济意义。