SiC如何破局未來產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

2020年，從中央密集部署，到資本市場熱捧，“新基建”正式站上風(fēng)口。相比傳統(tǒng)的基建，“新基建”立足于高新科技的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，無論是信息基礎(chǔ)設(shè)施、融合基礎(chǔ)設(shè)施還是創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施均發(fā)力于科技端，從‘互聯(lián)網(wǎng)＋’、‘?dāng)?shù)字經(jīng)濟’、‘智能＋’到‘工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)’，以智能經(jīng)濟為核心的數(shù)字經(jīng)濟時代勢不可擋。

社會的數(shù)字化轉(zhuǎn)型拉動了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。作為電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)元器件之一，功率半導(dǎo)體器件在傳統(tǒng)電力電子行業(yè)即有著非常廣泛的應(yīng)用，5G、新能源等“新基建”均涉及功率半導(dǎo)體芯片等基礎(chǔ)元器件，可以說是“新基建”的“心臟”。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2017 年全球功率半導(dǎo)體器件市場規(guī)模為 144.01 億美元，預(yù)計到 2022 年功率半導(dǎo)體器件市場規(guī)模將達到 174.88 億美元，復(fù)合增長率為 3.96%?？梢灶A(yù)見，在這波席卷而來的產(chǎn)業(yè)電子化升級浪潮中，功率半導(dǎo)體器件必將得到越來越多的重視與應(yīng)用，也必將帶動本土功率半導(dǎo)體芯片需求趨于旺盛。

圖源半導(dǎo)體行業(yè)觀察

而隨著Si和化合物半導(dǎo)體材料GaAs在器件性能的提升到了瓶頸，尋找新一代半導(dǎo)體材料成為了發(fā)展的重要方向。至此，第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料碳化硅（SiC）闖入了人們的視線！

直面高成本挑戰(zhàn)，SiC如何破局未來產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

提到SiC，人們的第一反應(yīng)是其性能優(yōu)勢，如電氣（更低阻抗/更高頻率）、機械（更小尺寸）和熱性質(zhì)（更高運行溫度），非常適合制造很多大功率電子器件；但如果說到應(yīng)用，大多數(shù)人都會說它成本太高，推廣起來需假以時日。事實上，在一些有性能、效率、體積、散熱，甚至系統(tǒng)成本要求的應(yīng)用中，SiC器件已開始在取代硅。

以新能源汽車為例。汽車市場無疑是SiC最重要的驅(qū)動力，據(jù)測算，電動汽車整車半導(dǎo)體平均總成本是傳統(tǒng)汽車的兩倍，而電動汽車50％的總成本與功率器件有關(guān)。然而僅比較SiC器件和硅器件的成本是有失偏頗的。據(jù)統(tǒng)計，在汽車中SiC MOSFET增加的成本大約為300美元，而估計節(jié)省的成本可達2000美元。

圖源與非網(wǎng)

特斯拉的Model 3就采用了意法半導(dǎo)體和英飛凌的SiC逆變器，是第一家在主逆變器中集成全SiC功率模塊的車企；2017年12月，羅姆為VENTURI車隊在電動汽車全球頂級賽事“FIAFormula E”錦標(biāo)賽中提供了采用全SiC功率模塊制造的逆變器，使逆變器尺寸下降了43%，重量減輕了6kg；科銳一直在積極擴大其SiC襯底產(chǎn)能并將業(yè)務(wù)重心從LED向功率器件轉(zhuǎn)移，成為大眾FAST（未來汽車供應(yīng)鏈）項目合作伙伴，和安森美簽署了多年期協(xié)議，為其供應(yīng)6英寸襯底和外延片，并擴大了和意法半導(dǎo)體的合作范圍，增加了訂單；其它廠商方面，豐田和電裝、富士、三菱合作開發(fā)SiC基MOSFET，博世擬用其位于羅伊特林根的半導(dǎo)體制造廠生產(chǎn)SiC晶圓。

把握時代機遇，國產(chǎn)SiC器件應(yīng)用前景廣闊

從產(chǎn)業(yè)格局來看，目前全球SiC產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國、歐洲、日本三足鼎立態(tài)勢。具體到SiC應(yīng)用方面，SiC肖特基二極管器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高端電源市場，包括PFC、光伏逆變器和高端家電變頻器。以科銳、英飛凌、羅姆等為代表的半導(dǎo)體SiC巨頭，正逐步推出SiC金屬一氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、雙極結(jié)型晶體管、結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵雙極型晶體管等產(chǎn)品。

盡管我國開展SiC材料和器件方面的研究工作較晚，但仍有部分企業(yè)在產(chǎn)業(yè)化方面初具規(guī)模。國內(nèi)比亞迪就在SiC方面進行積極布局，并投入巨資入局。在即將于11月3-5日在深圳國際會展中心舉辦的慕尼黑華南電子展上，也將匯集諸多SiC領(lǐng)域的國產(chǎn)廠商進行產(chǎn)品和技術(shù)展示。目前，比亞迪己經(jīng)成功研發(fā)了SiC MOSFET，包括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT、MOSFET等。預(yù)計到2023年，比亞迪將在旗下的電動車中實現(xiàn)SiC基車用功率半導(dǎo)體對硅基IUBT的全面替代。

泰科天潤（展位號：10A66）可以提供多達四個電壓等級的SiC肖特基二極管，其中有針對普通應(yīng)用場合的650V/1200V電壓等級產(chǎn)品，以及針對于高壓應(yīng)用領(lǐng)域的1700V/3300V電壓等級產(chǎn)品。泰科天潤650V/1200V電壓等級的產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光伏、通信、電動汽車等應(yīng)用領(lǐng)域，其1200V器件更是成為國內(nèi)率先由權(quán)威第三方檢測機構(gòu)測試并通過AEC-Q101車規(guī)認證的產(chǎn)品。此外公司的高電壓的1700V/3300V電壓等級產(chǎn)品也同樣成熟，1700V碳化硅肖特基二極管產(chǎn)品型號齊全，也是同行中極少數(shù)可以批量供貨3300V碳化硅產(chǎn)品的功率半導(dǎo)體器件廠商。

圖源泰科天潤

瀚薪科技（展位號：10K26）作為少有的整合型碳化硅功率器件技術(shù)開發(fā)廠商，所生產(chǎn)的SiC MOSFET能夠達到650V/1200V/1700V三種電壓等級要求，在各類電源供應(yīng)器、太陽光伏逆變器、新能源車等高效率電力電子系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。其獨創(chuàng)的整合型碳化硅JMOSFET (JBS integrated SiC MOSFET; SiC JMOSFET)結(jié)構(gòu)技術(shù)透過電路設(shè)計的方式，成功將1700V碳化硅肖特基二極管(Junction Barrier Schottky; JBS)電路布局與金氧半場效晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; MOSFET)整合為單一芯片，成功改善了碳化硅材料長期加壓致使外延雙載子劣化衰退(Bipolar Degradation)的問題。

除此之外，里陽半導(dǎo)體（展位號：10H23）、揚杰科技等也是國內(nèi)SiC功率器件產(chǎn)業(yè)的佼佼者。前者通過組建專業(yè)的功率半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)線及產(chǎn)品封測線，將芯片研發(fā)、設(shè)計、制造、封測融合為一體，能夠提供多種封裝型號的高性能650V/1200V電壓等級SiC二極管/MOSFET產(chǎn)品；后者作為功率器件領(lǐng)域的后起之秀，依托“內(nèi)生+外延”的發(fā)展路徑，持續(xù)推進第三代寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅項目的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。

結(jié)語

近年來，萬物互聯(lián)的呼聲越來越高，以汽車、高鐵為代表的交通工具，以光伏、風(fēng)電為代表的新能源領(lǐng)域，以手機為代表的通信設(shè)備，以電視機、洗衣機、空調(diào)、冰箱為代表的消費級產(chǎn)品，都在不斷提高電子化水平，其中又以新能源汽車的高度電子化最為引人注目；與此同時，工業(yè)、電網(wǎng)等傳統(tǒng)行業(yè)也在加速電子化進程。在中美貿(mào)摩擦升級的大背景下，本土功率半導(dǎo)體企業(yè)正積極邁進，積蓄實力、加快實現(xiàn)行業(yè)的國產(chǎn)替代進程，在即將到來的首屆慕尼黑華南電子展上，也將有更多的優(yōu)秀國產(chǎn)SiC功率器件產(chǎn)品和解決方案登場，讓我們拭目以待！

以上內(nèi)容來源于：半導(dǎo)體行業(yè)觀察、與非網(wǎng)等。

原文標(biāo)題：打破固有印象，看國產(chǎn)SiC功率器件如何實現(xiàn)“將本增壓”！

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