基本半導(dǎo)體：功率半導(dǎo)體的碳化硅時代

作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，碳化硅已被廣泛應(yīng)用于功率器件的制造。隨著新能源汽車、工業(yè)電源、光伏儲能等領(lǐng)域的發(fā)展，碳化硅市場正在迅速擴大。

11月23日，上海浦東臨港，在由臨港集團主辦、臨港科投與AspenCore承辦的“2023中國臨港國際半導(dǎo)體大會”同期舉辦的“汽車半導(dǎo)體峰會”上，基本半導(dǎo)體總經(jīng)理和巍巍以“功率半導(dǎo)體的碳化硅時代”為主題，分享了碳化硅市場概述及碳化硅技術(shù)的發(fā)展趨勢。

碳化硅市場將保持高速增長態(tài)勢

目前，全球碳化硅產(chǎn)業(yè)處于快速發(fā)展階段。據(jù)市場研究機構(gòu)預(yù)測，未來幾年碳化硅市場將保持高速增長態(tài)勢。根據(jù)公開信息統(tǒng)計，2022年全球碳化硅市場份額約為18億美元，該數(shù)據(jù)包括多家上市公司，如意法半導(dǎo)體、英飛凌、Wolfspeed和安森美羅姆等。

根據(jù)機構(gòu)統(tǒng)計，2022年意法碳化硅功率器件的市占率約為37%-40%，英飛凌和Wolfspeed市占率分別為19%和20%左右，安森美緊隨隨后，份額為14%。最后，根據(jù)數(shù)據(jù)來源的不同，羅姆市占率在7%-11%之間。

這些公司在2023年的財務(wù)指引顯示，其營收可能達(dá)到約34億美元，增長速度接近100%。

據(jù)預(yù)測，到2028年，該市場規(guī)模將增長到約89億美元，其中電動汽車市場的占比將繼續(xù)擴大。到2030年，碳化硅器件市占率預(yù)期總和已超過100%。

隨著技術(shù)的不斷進步和成本的降低，碳化硅的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U大。未來幾年，電力電子、新能源、汽車制造等領(lǐng)域?qū)μ蓟璧男枨髮⒗^續(xù)保持高速增長。同時，5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興領(lǐng)域也將為碳化硅產(chǎn)業(yè)帶來巨大的發(fā)展機遇。

和巍巍表示：“幾乎所有的大型半導(dǎo)體廠商都在積極投入資金，擴大生產(chǎn)規(guī)模，從幾億美元到幾十億美元不等。這充分顯示了行業(yè)對碳化硅未來發(fā)展的樂觀態(tài)度?！?/p>

除了在電動汽車領(lǐng)域的應(yīng)用外，碳化硅在工業(yè)電源、光伏儲能和軌道交通等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。例如，工業(yè)電源、服務(wù)器電源和5G基站電源等都大量使用碳化硅二極管。

在光伏領(lǐng)域，碳化硅主要用于光伏逆變器中的Boost升壓和DC-AC逆變。此外，碳化硅二極管或碳化硅MOSFET在新能源車型中也得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，截至今年10月，國內(nèi)銷售的新能源汽車已超過700萬輛，預(yù)計到年底將達(dá)到900萬輛，滲透率達(dá)到33%。

隨著新能源汽車的快速發(fā)展，電驅(qū)系統(tǒng)也出現(xiàn)了一些新的應(yīng)用趨勢，三合一電驅(qū)成為主流，同時800V系統(tǒng)也在快速發(fā)展中。

碳化硅技術(shù)的發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋多個環(huán)節(jié)，從碳化硅高純粉末到碳化硅器件，碳化硅要經(jīng)過切、磨、拋、外延生長、光刻、刻蝕等多道工序，如果是開關(guān)器件還要驅(qū)動集成到設(shè)備里。

碳化硅材料的單晶生長技術(shù)主要包括PVT（物理氣相輸運法），HT-CVD（高溫化學(xué)氣相沉積法），LPG（液相生長法）等。其中，PVT是目前最常用的方法，是非常成熟的SiC材料單晶生長技術(shù)。和巍巍認(rèn)為，按生長技術(shù)的成熟度來排序，依次是PVT＞HT-CVD＞液相生長。

外延設(shè)備主要技術(shù)路線有三種，分別是水平反應(yīng)室、行星式反應(yīng)室、頂噴垂直氣流反應(yīng)室。由于行星式生產(chǎn)效率更高，因此和巍巍推測該技術(shù)目前應(yīng)用最多。

在碳化硅功率器件技術(shù)方面，雖然溝槽型一度被認(rèn)為是最優(yōu)選擇，但平面型碳化硅MOSFET已經(jīng)展現(xiàn)出極具競爭力的性能，特別是在高溫下提導(dǎo)通阻提升比例比溝槽要小，這就會讓平面型在高溫下優(yōu)勢更加明顯。和巍巍認(rèn)為，在未來很長一段時間還是平面型和溝槽型共存的狀態(tài)。

碳化硅器件的高功率密度，高結(jié)溫特性，高頻特性要求現(xiàn)有封裝技術(shù)帶來更多的創(chuàng)新。和巍巍指出，在碳化硅模塊里，大概60%-70%都是芯片成本，所以封裝用更好的封裝材料、封裝技術(shù)把60%的芯片潛力充分發(fā)揮。

目前碳化硅技術(shù)的挑戰(zhàn)之一是改善和提高8寸大尺寸SiC晶片產(chǎn)量，因EV市場快速擴張引起的n-4H-SiC晶片需求的增大，使得SiC制造需要改善和提高晶片產(chǎn)量方法，一些方法可使晶體引入應(yīng)力，并在下游制造中顯現(xiàn)出來（如外延后）。此外，還需聚焦晶體缺陷（TSD、BPD）降低與可視化檢測，以及降低4H-SiC晶片成本。

此外，MOSFET器件也面臨降低成本和增加可靠性的挑戰(zhàn)。和巍巍指出，MOSFET器件要實現(xiàn)滿足市場需求的量產(chǎn)，需要大量資本投資，如與襯底廠商垂直整合，向200mm晶圓過渡，支撐指數(shù)式市場增長。

關(guān)于降低成本方面，特斯拉今年提出要減少75%的碳化硅用料，基本半導(dǎo)體對此進行了深入的分析，并認(rèn)為特斯拉可能會采取硅和碳化硅并聯(lián)的方案。通過在IGBT基礎(chǔ)上增加一小部分碳化硅，雖然成本增加了百分之五六十，但效率損耗卻減少了更多。另外一種方案是在全碳化硅MOSFET上替換為硅的IGBT，這樣成本會降低，損耗會相應(yīng)增加。但是，由于加入了IGBT，器件的抗短路能力會得到提高，從而提高了可靠性。

和巍?。骸按_定硅和碳化硅的配比是一個關(guān)鍵的難點，因為它們具有不同的特性和保護方式。為了解決這個問題，我們需要專業(yè)的驅(qū)動芯片來完成配比和保護，否則電路板上放置12個驅(qū)動芯片將會非常困難。”

總之，特斯拉提出的減少碳化硅用料的方案需要進一步的技術(shù)研發(fā)和定制驅(qū)動芯片的支持來實現(xiàn)。這將有助于提高電動汽車的性能和可靠性，并降低成本。

基本半導(dǎo)體第二代MOSFET產(chǎn)品的性能參數(shù)已媲美國際知名品牌

基本半導(dǎo)體是一家總部位于深圳的半導(dǎo)體公司，成立于2016年，擁有四百多名員工，其中超過一半是研發(fā)人員，產(chǎn)品線包括四個大類碳化硅器件（二極管、MOSFET）、車規(guī)級碳化硅功率模塊、功率器件驅(qū)動芯片及模塊，以及簡單的功率半導(dǎo)體測試設(shè)備。

據(jù)介紹，其第二代MOSFET產(chǎn)品的性能參數(shù)已經(jīng)達(dá)到了國際知名品牌的同等水平。這些產(chǎn)品在光伏儲能充電樁等領(lǐng)域尚未大規(guī)模應(yīng)用，但已經(jīng)在電動汽車中得到了廣泛的應(yīng)用。

基本半導(dǎo)體的模塊產(chǎn)品平臺包括管腳式PHD封裝和塑封DCM封裝，以及正在開發(fā)中的雙面散熱封裝和ED3。所有產(chǎn)品的開發(fā)流程都遵循嚴(yán)格的國際先進開發(fā)流程。此外，該公司在深圳有一條6寸碳化硅產(chǎn)線，并在無錫有一條碳化硅封裝線，其中采用了許多新的技術(shù)，例如銀燒結(jié)。

此外，基本半導(dǎo)體進行了大量的測試工作，包括產(chǎn)線上的追溯和集成。例如，在Pcore6產(chǎn)品中，公司采用了低雜感AMB、超聲焊、碳化硅芯片雙面燒結(jié)等技術(shù)。公司的產(chǎn)業(yè)布局主要涉及兩個工廠，分別位于深圳光明區(qū)和無錫新吳區(qū)。

在汽車領(lǐng)域，公司已經(jīng)獲得了近30個車型的定點，并且已經(jīng)與廣汽埃安展開了深入的合作。此外，上海和寧波的兩家客戶也即將進入量產(chǎn)階段。

基本半導(dǎo)體是一家以高品質(zhì)碳化硅功率器件為核心業(yè)務(wù)的半導(dǎo)體公司，致力于為工業(yè)和汽車等領(lǐng)域提供先進的解決方案。