1月22日，香港大学先进半导体和集成电路中心张宇昊教授和汪涵教授、美国弗吉尼亚理工大学电力电子研究中心（CPES）东栋教授、郦强教授、Richard Zhang教授、以及英国剑桥大学Florin Udrea教授共同在Nature Reviews Electrical Engineering发表题为"Wide-bandgap semiconductors and power electronics as pathways to carbon neutrality"的文章，深入探讨了宽禁带（WBG）半导体和电力电子技术在能源领域的重要作用，肯定了纳微半导体在节能减排方面带来的突出影响，为实现碳中和提供了新的思路和方向。

论文开篇指出，能源供应和消耗所产生的温室气体排放约占全球总量的 75%。要实现碳中和，需借助可再生能源发电、实现交通和建筑能源的电气化转换，以及提高电力转换效率来减少能源损耗和温室气体排放。而这些目标的达成，离不开半导体和电力电子技术的进步。

回顾半导体的发展历程，从早期的硅双极结型晶体管和晶闸管，到后来的功率金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管，再到如今基于碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带材料的器件，每一次技术变革都推动了功率半导体性能的提升。WBG 和超宽禁带材料的带隙比硅大 3 - 5 倍，这使得 WBG 器件具有更低的导通电阻、更高的临界电场和热稳定性，能够在更高的温度和频率下运行，有效降低了能量损耗。

由于WBG 半导体推动电路向更高频率发展，一些常见的电路拓扑结构，如两级和三级硬开关相腿配置、软开关谐振型电路、降压转换器等得到了广泛应用。通过 WBG 器件与电路拓扑的联合优化，功率转换器的效率得以提高，尺寸也实现了小型化，这不仅提升了系统性能，还降低了成本。

第三代半导体、功率器件、转换电路和电力电子应用

对实现碳中和的重要作用

得益于以上的系统优势，WBG半导体在光伏系统、电动汽车、数据中心和热泵等领域得到了广泛的应用：

• 在光伏系统中，使用 SiC 器件的逆变器效率比传统硅基逆变器更高，能够减少器件功率损耗和无源元件数量；
• 在电动汽车领域，采用 GaN 和 SiC 器件的车载充电器和电机驱动器效率大幅提升，功率密度也显著增加；
• 数据中心使用 GaN 器件替代硅器件，可将电源转换效率提高到约 99%，同时实现更高的功率密度；
• 在热泵应用中，WBG 器件同样有助于提高电机逆变器和 DC - DC 转换器的效率。

值得一提的是，论文中特别提到了纳微半导体（Navitas Semiconductor）。纳微半导体在 WBG 半导体领域表现突出，在 2022 年被认证为CarbonNetural®️认证的半导体公司。文章认为纳微半导体很好地证明了相对于生产所需的能源而言，宽禁带功率半导体有潜力实现大量的能源节约。

原文对纳微半导体在节能减排方面的肯定

文章认为纳微半导体很好地证明了相对于生产所需的能源而言，宽禁带功率半导体有潜力实现大量的能源节约：与传统硅基半导体相比，WBG 半导体虽然在制造过程中的碳排放可能相对较高，但从系统层面来看，其在减少被动元件和冷却系统需求、提高能源转换效率等方面带来的碳减排优势明显。纳微半导体的碳中和实践，为整个行业树立了榜样，证明了 WBG 半导体在助力实现碳中和目标上的可行性和有效性。

回顾纳微节能环保的可持续发展之路，始终走在行业的前沿：

01

2021年5月：纳微半导体成为首家加入科学碳目标倡议组织(SBTi)，承诺帮助实现《巴黎气候协定》“将全球气温上升控制在1.5摄氏度以内”目标的氮化镓功率芯片公司；

02

2021-2022年间，纳微半导体多次与第三方独立生命周期碳足迹评估专家EarthShift Global合作，进行组织生命周期（LCA）碳排放评估，量化纳微的碳排放影响；

03

2022年2月，纳微半导体发布了全球首个关于氮化镓功率芯片的可持续发展报告。报告中正式宣告了氮化镓功率芯片带来的巨大减排增益：每出货1颗GaNFast™氮化镓功率芯片，相对于传统硅芯片可减少4kg的二氧化碳排放。

04

2022年6月，成为首家从顶尖碳中和及气候融资顾问机构Natural Capital Partners获得CarbonNeutral®和碳中和公司认证的半导体公司。

这篇论文全面展示了 WBG 半导体和电力电子技术在能源领域的重要价值与应用前景，为相关领域的研究和实践提供了关键参考，而纳微半导体的成功实践很好地证明了下一代功率半导体将成为塑造可持续发展的电气化未来的关键因子。