在半導體市場上，寬能隙技術廣泛應用，其中碳化矽和氮化鎵是兩種具有不同特性的材料。碳化矽主要用於汽車和工業領域的大功率系統設備。由於中國和亞洲地區的電動汽車市場蓬勃發展，相較於歐美國家，其成長速度更為迅速，因此在汽車應用領域中，碳化矽元件在電動汽車的動力總成、車載充電器和充電站中得到廣泛應用。未來，隨著汽車和工業大功率電源解決方案的快速、大規模採用，碳化矽的市場需求也將會持續增長。

相對於碳化矽，氮化鎵在低功率應用方面表現更為優秀，其開關頻率更高，有助於實現系統級小型化，甚至比碳化矽更為優越。因此，氮化鎵在許多消費性應用中具有廣泛應用前景，如筆記型電腦的電源和行動裝置的電源轉接器。同時，由於氮化鎵具有整合控制單元的能力，也可用於開闢新的應用領域。此外，氮化鎵還適用於工業和汽車應用，特別是充電系統，但是，其可靠性需得到提升。目前，改進氮化鎵技術性能和可靠度，以實現更高的開關頻率，是未來需要解決的技術瓶頸。

開關頻率優勢

意法半導體汽車和離散元件產品部（ADG）執行副總裁暨功率電晶體事業部總經理Edoardo Merli指出，碳化矽和氮化鎵這種寬能隙材料，在功率利用和開關頻率方面具有獨特的優勢。這兩種材料的導電特性略有不同，碳化矽可以提供更高的功率並提升開關頻率，而氮化鎵則更適合低功率應用，能夠消耗更少的電能，甚至可以使系統更小型化。這兩種材料與現有的矽科技互補，但也存在一定的重疊。未來，廠商們將持續改進和優化這些技術，以滿足不斷變化的需求。然而，這些新材料也帶來了一些限制和挑戰，需要進一步深入了解和突破。

由於寬能隙材料本身的特性，使得碳化矽和氮化鎵元件在效能和開關性能方面表現出色。至於控制碳化矽可以用常規驅動器，但是其驅動電壓值與傳統矽基電晶體不同，驅動電壓是碳化矽技術的一個重要參數，半導體廠商正致力於研究根據不同的應用情境，來提供不同的驅動電壓值，並開發碳化矽專用驅動器。

圖一 : SiC與GaN的優勢與差異（source：STMicroelectronics）

加速電動車普及

碳化矽可用於製造牽引逆變器、充電樁、DC-DC轉換器等配套設備，提供電動車更長的行駛里程和減輕車輛重量。

碳化矽的應用涵蓋領域包括汽車製造和工業應用等，許多優勢對終端使用者都是顯而易見的。以電動汽車製造為例，碳化矽可用於製造牽引逆變器、充電樁、DC-DC轉換器等配套設備。這些設備能夠提供更長的行駛里程和減輕車輛自重，使用者在使用過程中可以直觀感受到這些優勢。此外，碳化矽還可以提供性能更強的電動汽車充電站，加快充電速度、縮短充電時間，進而促進電動汽車的推廣和普及。

意法半導體車用和離散元件產品部策略業務開發負責人Luca Sarica指出，汽車市場正加速往電動汽車的方向發展。如果將傳統汽車與電動汽車進行比較，會發現電動汽車增加了四、五類新的電子模組，包含電驅逆變器、車載充電器、DC-DC轉換器，及電池管理系統等。每種電子模組所包含的電子元件數量相當多，這對於半導體供應商來說是一個新的商機。

而新增的半導體元件成本，扣除去常規電子元件，每輛汽車新增的半導體元件成本高達1,000美元，也就是說，新增的電子元件幾乎有九成都來自於電源設備。每一個應用、每一個電子模組都需要電源解決方案驅動，而每一個應用也都需要像大腦一般的數位化解決方案，這其中就要透過類比元件來幫助驅動應用，將大腦與電源連接起來。

傳統汽車轉型至現代化汽車的另一個關鍵，是軟體定義汽車及汽車所採用的新架構。導致汽車半導體元件增加的另外四個主要因素，第一是新的汽車架構以及為了使更複雜的軟體平台運作，所需新增加的先進微控制器及處理器。而這也是車用市場和消費市場融合的結果，除了能跑越來越多的里程數，還能與雲端的連線，並運作非常複雜又需隨時更新的軟體。而另外包含ADAS和自動駕駛汽車中的視覺系統、V2X 和互聯、以及雷達系統等因素亦同等重要。

車用領域的重大變革

Luca Sarica說，汽車市場是意法半導體的核心業務。目前，ST正從傳統汽車邁向電動及連網汽車轉型。這個轉型趨勢代表車用領域發生了重大變革，亦同時帶動了半導體的商機。順應這兩大趨勢的過程中，車用半導體元件數量飛速成長。一輛傳統汽車中半導體元件的成本，大約是500美元，然而，如果再統計一輛新軟體定義電動汽車中的半導體元件的成本，預估大約落在1,500至2,000美元，也就是傳統汽車的三至四倍。

圖二 : 全球電動汽車革命正在加速（source：STMicroelectronics）

ST在過去幾年當中，在電動汽車與汽車電動化領域投入大量資金，包含投資新的寬能隙（WBG）技術及解決方案，像是碳化矽（SiC），以及氮化鎵（GaN）。目前，尤其是在碳化矽領域，意法半導體是在汽車產業中提供解決方案並支援客戶製造超高效能電動汽車的企業。

在數位化領域，ST不僅止於投資新技術，還予以創新，以因應轉型於軟體定義汽車的需求。其中，ST投資開發了名為FD-SOI的數位技術，該技術配備嵌入式非易失性記憶體和相變記憶體（PCM），是ST Stellar MCU統一數位平台的主力。此平台主要適用於連接雲端的現代汽車，因為連接雲端的現代汽車所需之運算能力高出傳統汽車10倍以上，因此，ST Stellar統一數位化平台便成為軟體定義汽車的重要基礎。

汽車的動力系統發展正在從內燃機（ICE）轉向電動機，這是一個不可阻擋的趨勢。許多老牌傳統車商已經宣布了燃油車停產計畫。寬能隙半導體的應用可能會影響並加速汽車電動化進程，因為車商一直在努力提升汽車的效能、延長續航里程並減少充電間隔。只有寬能隙半導體才能夠實現這些目標，協助汽車向永續出行的方向發展。

結語

碳化矽MOSFET被廣泛採用的主要原因是它可以減少功率轉換過程中的電能損耗，具有較低的耗散功率。因為導通損耗和開關損耗較低，使得效能這個關鍵參數可以得到明顯的改進。

效能的提升能夠降低傳統能源，例如石油或煤炭等的使用量，進而減少環境污染，並擴大太陽能或風能等可再生能源的大規模應用。效能提升還能夠讓電動汽車製造商推出一次充電便可行駛更長距離，且充電頻率更低的車型，進而成為人們心目中真正的燃油車替代品。