年3月，中国将减缓气候变化的行动纳入“十四五”规划，制定了年碳达峰行动计划，并积极采取行动实现年碳中和的目标。“实施以碳强度控制为主、碳排放总量控制为辅的制度，支持有条件的地方和重点行业、重点企业率先达到碳排放峰值”，在这一政策的驱动下，中国半导体产业和市场必将发生巨大变化，新兴的第三代半导体将迎来更大的市场机会。
上海瞻芯电子CTO叶忠博士接受了3月《电子工程专辑》封面故事采访，回答了关于如何实现“双碳”目标的路径、如何提升能源利用效率的新技术、新能源汽车上的碳化硅(SiC)应用方案、以及第三代半导体的其它应用机会等问题。
实现双碳目标的重要途经
从当前的能源使用占比、发电量和用电量结构来看，提高光伏风电发电量占比、普及交通电气化，以及提升工业用电效率是实现年碳达峰和年碳中和的重要途径。
首先，光伏将逐步从辅助能源成为主力能源。年底，我国光伏装机容量为GW，占全国总发电量的3.4%;到年全球光伏新增装机将超GW，我国将占一半;到年达到碳中和时，我国光伏装机将达到年的70多倍，在全国总发电量中的占比将达到43.2%，成为主要的能源形式。
其次，交通电气化全面提速和加速渗透。交通行业碳减排依赖于电动车渗透率的全面提升，电动化的长期趋势是明确的。我国提出年新能源车占比目标20%，预计到年新能源车销量将超万辆。此外，与新能源车增长同步的还有充电桩的部署。
第三，工业类电源效率需要不断提升。工业用电量占比是最大的，其中主要包括工厂设备电机驱动、高频加热、数据中心和5G通讯等。这类设备中能源转换和供电效率的全面提升也是减排的重要组成部分。
无论储能、供电，还是充电应用，都要求高压、高效和高可靠性的功率变换。而以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体材料和器件是实现效率提升的关键，因为基于氮化镓或碳化硅的器件和设备可以满足高压、高效和高可靠性功率转换的要求。
提高能源利用效率的技术创新
新技术能够更有效、更快速地减少二氧化碳排放。据统计，借助第三代半导体新技术，每生产10万片SiC晶圆可较常规的生产方式减少4,吨的碳排放。与目前的硅基IGBT相比，第三代半导体新技术的环保性能显然更高。
要提升能源利用效率，首先要降低功率变换过程自身的损耗，这主要体现在开关损耗和导通损耗。对于同一类技术，如平面型或沟槽型工艺，单位面积导通电阻(Rsp)越小，其相对开关损耗也越小。因此，导通电阻(Rsp)成了第三代半导体厂商技术开发的竞赛制高点。
瞻芯电子CTO叶忠博士据上海瞻芯电子CTO叶忠博士介绍，对于中低压(V-V)碳化硅MOSFET而言，沟道电阻是Rsp的较高占比部分，因此降低沟道电阻是最为关键的技术创新点之一。主要的技术路线包括：优化SiC/SiO2界面特性来提高电子沟道迁移率;通过新颖的元胞结构设计来提高单位面积内的沟道密度;提升工艺线宽控制来降低元胞尺寸从而增加元胞密度等。另外，还可以通过引入超级结(SuperJunction)技术来降低耐压区(或者说漂移区)的电阻占比，这类技术改善对于中高压(V-10V)SiCMOSFET而言也非常有价值。
瞻芯电子自主研发的SiCMOSFET平台采用了优化的SiO2/SiC界面钝化技术，以及紧凑的元胞尺寸设计，在平面型技术上达到了业界一流的Rsp水平。这些工艺的不断改进可以降低器件损耗，从而提高能源利用效率。
虽然第三代半导体有极优越的开关特性，但要使这种特性充分发挥出来，其封装和栅极驱动也很重要。漏极电压振荡、栅极驱动的正负尖峰和EMI是困扰第三代半导体往更高开关速度和更高效率推进的主要因素。因此，低漏感的封装，以及专用且具有恒dv/dt控制功能的栅极驱动芯片开发也是提升能源利用效率的关键。因此瞻芯电子开发了一系列栅极驱动芯片产品（IVCRx,IVCRx)。
栅极驱动产品（IVCR1)瞻芯电子，