A receita global proveniente da venda de semicondutores de potência de SiC e GaN deverá aumentar para 2,5 mil milhões de dólares em 2023, face a apenas 150 milhões de dólares em 2013, de acordo com o relatório "The World Market for SiC & GaN Power Semiconductors - 2014 Edition", da IHS Inc.
Os semicondutores de potência SiC e GaN têm vindo a tentar consolidar-se em aplicações-chave há alguns anos; no entanto, aproximadamente 15% do mercado final poderá ser composto por novas aplicações que utilizem estas tecnologias, mesmo em dispositivos que ainda se encontram a dois ou três anos da produção em série. Para além dos próprios mercados de veículos híbridos e elétricos, é evidente que o mercado de infraestruturas de recarga para veículos elétricos — incluindo estações de recarga para baterias de veículos híbridos e híbridos plug-in — é também uma área potencialmente interessante para os dispositivos SiC e GaN.
Não existe um padrão globalmente aceite para a infraestrutura de recarga de veículos elétricos híbridos (HEV), pelo que existem vários padrões concorrentes que descrevem diferentes níveis ou modos de recarga CA e CC. Todos os níveis de CA podem ser considerados para sistemas eletromecânicos, que requerem poucos ou nenhuns semicondutores de potência. O relatório da IHS considera, portanto, apenas o carregamento CC ou "carregamento rápido", dado que estes sistemas são fontes de alimentação CA-CC, convertendo a energia da rede elétrica (geralmente trifásica) em correntes muito elevadas, até 125 a 400 amperes (A) a 480 a 600 volts CC, fornecendo uma potência máxima de 240 quilowatts (kW).
As aplicações de carregamento sem fios, que transmitem energia pelo ar em vez de por cabos, exigem proximidade dentro de um alcance específico. Esta tecnologia está a ganhar popularidade em telemóveis, consolas de jogos, computadores portáteis, tablets, veículos elétricos e outros produtos de consumo.
A adoção de semicondutores de potência de SiC e GaN será insignificante em soluções de carregamento indutivo, que são concebidas para cumprir a norma Qi do Wireless Power Consortium (WPC) ou as normas da Power Matters Alliance (PMA), porque os MOSFET são adequados para as baixas frequências envolvidas. Por outro lado, a elevada capacidade de comutação dos semicondutores de potência SiC e GaN é ideal para aplicações de transferência de energia por ressonância magnética, que apresentam um bom desempenho nas frequências mais elevadas da norma Alliance for Wireless Power (A4WP). Como
muitas aplicações de electrónica de consumo utilizam tensões relativamente baixas, os dispositivos GaN são mais adequados. A única área de aplicação adequada para dispositivos de potência SiC é o carregamento sem fios de veículos elétricos movidos a bateria, como os veículos elétricos híbridos plug-in (PHEVs).
Outras duas aplicações que poderão potencialmente utilizar módulos de potência SiC são as turbinas eólicas e os sistemas de tração. Em ambos os casos, as principais barreiras à adopção de módulos de potência SiC são o elevado custo, a fiabilidade comprovada e a falta geral de disponibilidade de módulos com corrente nominal elevada, e particularmente de módulos SiC completos. Ambas as aplicações requerem normalmente módulos de 1700 V, uma tensão para a qual foram desenvolvidos poucos transístores SiC. Estão em curso testes, mas a produção comercial não deverá começar antes de 2016 ou 2017.
Para as tecnologias SiC de alta tensão, existem várias novas aplicações potenciais nas áreas médica e industrial. Para dispositivos GaN de baixa tensão, as novas aplicações incluem muitas tecnologias emergentes que impulsionarão um crescimento significativo no futuro, tais como o seguimento logístico sem fios, a deteção de luz e radar (LIDAR), amplificadores de áudio de Classe B, dispositivos médicos e muito mais.
O principal fator de crescimento será a rapidez com que os dispositivos SiC e GaN conseguirem atingir a paridade de preço e desempenho equivalente aos MOSFETs, IGBTs ou retificadores de silício. A paridade de preço e desempenho está prevista para 2020, e espera-se que o mercado de potência SiC e GaN experimente um crescimento substancial até 2023.
Por Richard Eden, Analista Sénior - Semicondutores de Potência, IHS Technology
