半导体材料SiC产业链的优化难题是什么?

发布时间:2020-04-24 12:32:35     浏览:6681

现阶段SiC二极管早已十分成熟了,国内国外的玩家都能够批量生产。但在MOS等其它元器件上,国内国外差别很大。从运用的角度观察,尽管绝大多数的运用客户都是有(或声称有)对SiC元器件的科学研究和计划方案,但总的来说,对SiC元器件的深刻领会、对其应力和界限的探寻和科学研究,从运用端的多角度看来,也是必须更长期的全过程。

关键重要环节的产业发展规划的难题:

衬底的加工过程中的精准操纵始终是个关键难题。SiC多晶硅生长发育环境温度高达2,300℃,且碳化硅只能“固-气”二相,对比于第一代、第二代半导体材料的“固--气”三相,操纵下去要难题得多,沒有相关技术性开展参考参考。再加上SiC的多晶硅结构相似有200余种同分异构,很多的晶体结构间的自由能差别十分小,这些都给其多晶硅的产业发展规划生长发育制取产生了很大的考验。可以直接的结论是,sic单轴晶体中的缺点始终是关键要彻底解决的难题。

外延性方面,延续了衬底中缺点操纵的考验——与衬底相似,其生长发育全过程的精准操纵也是难题。对生长发育全过程的设计必须综合考虑到元器件要求、缺点和过程管理等各个方面要素。元器件端的考验关键在mos管及之上(从结构的复杂性看来)元器件上,比如元器件栅氧层的制取,即便是功率器件的行业行业龙头,现阶段也也是必须连续不断去提升和健全。由于SiC材料的高韧性和高温生产加工区域环境,夹杂工艺上的考验也较为大。

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运用和计划方案的配套设施可以直接决定了SiC元器件的应用推广,功率半导体现阶段绝大多数的应用领域也是以硅基产品为基础性,必须依据SiC元器件的特性和要求设计制作其运用生态和配套设施的外围电路,因此运用和计划方案商的缺乏现阶段对于整个产业链的发展而言,是一个急待提升的焦点。

或许,最关键的难题也是绕不开:成本费用。

常常听到的一些思想观点是,碳化硅元器件也是太贵了。从产业发展规划的规律看,只能当成本费用和价钱跌破到某一些零界点后,其规模性的批量运用才会下去。这是一个动态性且复杂的全过程。

在这里只从一些逻辑性层面来剖析下“成本费”——适用SiC电力电子器件运用的人员,基本都是提及SiC电力电子器件的体系成本费已经贴近且极有潜力小于Si基元器件的体系成本费,因为SiC电力电子器件会促使配套的电源电路越来越更简易和更少的模块,进而在体系层面来可以降低成本。

芯片实际上也是电路系统,SiC电力电子器件芯片自身也归功于更高效的个性特征——更小的size。一样指标值和性能的企业产品,一片SiCwafer上可以生产制造出去的die的总数,大概能抵上上6SiWafer的产出率。

因此SiC电力电子器件的成本费潜力及逻辑性支撑点,我们认为是令人信服的。但这一逻辑性一样要经遭受具体运用状况的考验和检测。一个是wafer成本费以及每颗die的成本费,较为适合的比较,是和12寸线的状况来较为,这一临界点大概会是12Si圆晶状况下的几倍?一个是更小的size的正负极经济效益都要充分考虑,特别是结合事后的封裝和运用,或许很多看在明面上的益处,实际上是必须打折的。

SiC产业化难点的归纳如下:

原材料——高成本费、缺点密度(良率)、圆晶规格和圆晶供求

元器件——高成本费、产线、长期性可靠性、封裝和可靠的供应链管理关系

体系/方案——外场配套和运用环境

确实,任何新鲜事物的产品推广,基本都是遭受产业链本质发展逻辑性和动力促进而影响的,SiC电力电子器件也是一样的。接着我们尝试来剖析下,针对SiC电力电子器件而言,目前其产业链动能的状况怎样?

SiC功率半导体产业链的发展驱动力

57日,Cree公布将投资10亿美金用以扩大SiC的生产能力,包含融合一座8寸晶圆厂(4.5亿项目投资用以NorthFab,扩建工厂和生产能力)和一座SiC原材料工厂(4.5亿美金用以megafactory,剩下的1亿美金用以SiC其他业务流程的相关资金投入),将其SiC原材料和晶圆制造的能力(对比于2017年的Q1)扩大30倍。

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CreeSiC未来(到2024年)的预估的自信心到底有多少,我们不言自明,但打出那样的牌,一是也合乎Cree这两年始终对外释放出来的数据信号,比如在2019财年Q2EarningsCallTranscript中,Cree预计2019财年的资产资金投入约2.2亿美金,绝大多数用于扩大wolfspeed的生产能力。二是Cree分辨目前早已达到了选用纯电动车和选用碳碳复合材料的转折点——汽车企业已公布方案在电气自动化新项目上花销至少3000亿美元,他们对碳碳复合材料的兴趣爱好非常高。因而企业需要确保自己在sic行业领域的长期性供货能力。从他们目前和下游签下的长期性晶圆供货协议书已经验证这种发展趋势,目前这种协议书总金额超过4.5亿美元,包含2020年与STMicro签订的使用价值超过2.5亿美元的合同协议。

做为CreeSiC原材料上的强劲竞争者,II-VIDowCorningRohm和昭和电工近年来也是不断在扩大生产能力。II-VI在其2019Q3的网络会议中说明:2018年基于SiC的电力工程电子设备提高了70%。全部SiC的应用商店已经提升,尤其是在中国。在财政投入层面,2019财年其很大部分的资产资金投入,基本都是用于SiCII-VI对其每一个SiC原材料工厂常有一个批量生产改进方案,其核心在于较大程度地完成不断的产量改善,方案在未来1824个月内将生产能力增涨。融合和下游客户的沟通和密切联系得到的反馈,II-VI层面觉得市场层面明显地低估了对SiC衬底的要求。此外,在下游要求的定位层面,和Cree类似,II-VI绝大多数的SiC衬底要求基本都是长期性合同协议。

日本SiC外延性的领导干部生产商昭和电工近些年也姿势频密,在持续4次公布扩大其SiC外延性生产能力后,其SiC外延性生产能力从最初的1500/月提升至2019Q19000/月。而位于台湾的外延性生产商嘉晶其2018年的sic外延性生产能力为41500/月,方案在2019年新增61000/月的生产能力。

一个产业发展规划的驱动力体制是比较复杂的,但是最底层的几个因素可以梳理为:成本(生产能力)、价钱(要求)、特性、应用和最后出海口。

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