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功率半導體是電子產業鏈中的核心器件之一，其功率處理功能包括變頻、變壓、變流、功率放大、功率管理等。在功率轉換應用中，平均效率通常在84%左右，轉換損失主要表現為熱量。這些熱量需要被冷卻，但冷卻技術往往需要額外的能源消耗，進一步加劇能源效率低下。因此需要尋找創新解決方案，提高轉換效率，最大限度減少散熱。

隨著云計算、人工智能等行業對電力需求不斷增加，功率轉換浪費問題困擾全球。據《華爾街日報》報道，美國硅基功率器件開發商iDEAL Semiconductor公司日前宣布開發了一種新方法來遏制功率轉換的浪費，其開發的一款新型高效功率芯片可將功率轉換浪費從16%減少到12.8%，該芯片可應用于太陽能電池板、家用電器、數據中心服務器、電動汽車等。

功率半導體又稱電力電子器件，是電子產業鏈中的核心器件之一，其典型的功率處理功能包括變頻、變壓、變流、功率放大、功率管理等。如果集成電路芯片是大腦，那么功率半導體器件就是心臟，大腦負責處理信息，心臟負責給大腦提供能源。

通常，電網以標準電壓（如美國電壓為120伏）向家庭或企業輸送電力。根據實際使用情況，設備運行的電壓范圍很廣，AI處理器的電壓為0.8伏，電動汽車的電壓超過1000伏，這些設備都需要芯片將電力轉換成可以使用的形式，同時也不可避免會造成浪費。在功率轉換應用中，平均效率通常在84%左右，轉換損失主要表現為熱量。這些熱量需要被冷卻，器件才能維持最佳運行條件。但冷卻技術往往需要額外的能源消耗，進一步加劇了能源效率低下。因此需要尋找創新解決方案，提高轉換效率，最大限度減少散熱。

iDEAL聯合創始人兼首席執行官馬克·格拉納漢（Mark Granahan）表示，該公司基于SuperQ技術開發的高效功率芯片可將功率轉換中的浪費從16%減少到12.8%。據《華爾街日報》報道，SuperQ技術借鑒了光伏電池的一些想法，格拉納漢認為半導體薄膜處理工藝可用于新一代硅基功率芯片，將這項技術與最先進的數字邏輯芯片制造設備相結合是關鍵，這得以在原子尺度上工作，科學家和工程師能夠在設備的特定區域操縱單個原子，以實現相應電氣特性，提高功率半導體工作效率。

iDEAL公司成立于2016年，目標是開發世界上最節能的功率半導體。據《華爾街日報》報道，格拉納漢在半導體領域擁有數十年經驗，2014年從德州儀器退休，此后兩年在美國賓夕法尼亞州立大學材料研究所納米制造實驗室證明了他對一種新型功率芯片的想法。

值得注意的是，在功率半導體領域，業界一直在探索將碳化硅和氮化鎵等第三代寬禁帶半導體材料應用于高頻高壓中。例如氮化鎵材料耐熱性好，因具有高電子遷移率而成為高頻的“贏家”，可提高晶體管的開關轉換速度，適用于高頻率、大功率電路中。再比如美國北卡羅來納州的半導體公司Wolfspeed利用碳化硅材料生產晶圓和功率半導體，根據Wolfspeed的說法，雖然碳化硅比硅貴，但它具有系統級優勢，利用碳化硅構建的系統體積更小、重量更輕、效率更高，從而在工業、能源和汽車應用中創造成本優勢。

因此很多公司都在尋找硅的替代材料，并不像iDEAL那樣關注硅基功率器件。但格拉納漢認為，硅的替代品成本可能要貴3-4倍，而如果采用人們熟悉并且容易獲得的硅材料，iDEAL可以提供更高效的芯片，其價格/性能指標對于工作在850伏以下的器件來說具有經濟意義。

本文作者：張靜、李鈺全，來源：澎湃新聞，原文標題：《美國硅基功率器件公司開發新型高效功率芯片，減少能源損耗》

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