k8凯发国际官网入口第三代半导体概念及发展历程
时间:2024-08-19 14:43:03器件制造以及终端应用□-◆。所以这次就先对它来一个梳理分析●■▼。其中每个环节的具体构成会在后面几期中逐一解析•-☆…▷△。加速上游 IC 设计公司设计与验证迭代□••△◆◇,国内方面=▲☆■•△,据测算▷▪□☆△●?
的区别 /
快速(G3F)碳化硅MOSFETs产品系列◇□★◁◆▲,包括650V和1200V两大规格△★。
动静态测试方案亮相IFWS /
下一期▲▷■,带你了解SiC器件成本构成•▽●◇▪、产业链各环节构成★◇▲,探讨国内外SiC产业链差距究竟有多大-□••◆•?
2018-2027年的复合增长率预计为44%▪◁△△。能够充分展现高电压…□☆-、高温和高频能力◁▪△、满足当前主流应用需求的宽禁带同时■……◁▼,其中SiC是目前技术▼▽◆☆□▪、器件研发最为成熟的宽禁带半导体材料•☆●▼。提供从衬底▽•◆-•、外延▪▪○■…=、晶圆代工●▼、裸芯粒直至分立器件的灵活多元合作方式○■,自2021年起投入碳化硅MOSFET芯片及模组封装技术的研究开发与产能建设□…●○。也可以经过外延加工…▽-•▼,
3) 掌握上下游整合能力可以加速产品迭代周期◆▼◇▪○,有效控制成本以及产品良率=●△。
与此同时-…△=▼●,衬底又是整个 SiC 产业链中技术门槛最高☆◇▪、成本占比最大的环节=△,占市场总成本的50%左右▷•○。华为在《数字能源2030》白皮书中提到•▪○☆…,SiC 的瓶颈当前主要在于衬底成本高(是硅的 4-5 倍◇◆▼★□,预计未来 2025 年前年价格会逐渐降为硅持平)△■□☆,受新能源汽车▷-□、工业电源等应用的推动○•◁•,碳化硅价格下降●▽▼▪,性能和可靠性进一步提高▼☆○●■□。碳化硅产业链爆发的拐点临近…△,市场潜力将被充分挖掘★▼●▲。
经过超过 60 年的发展•☆,硅基半导体产业自台积电创始人张忠谋开创晶圆代工模式后-▽,目前已经形成了高度垂直分工的产业运作模式-▪□。但与硅基半导体产业不同•▷…=▪•,SiC 产业目前来看◆▷○,主要是以 IDM 模式为主◇□○•▪。
在应用端•▲…□,2020年全球 SiC 功率器件市场规模为6•▲…▷…■.29亿美元•▲,mordorintelligence 预计到2026年将达到 47★☆▪▼●.08 亿美元★○,2021-2026 的年复合增长率为 42▪=○.41%=▷。其中由于电动汽车的爆发▷▲▷,汽车行业将是 SiC 功率器件的主要增长应用▲☆,而亚太地区会是增长最快的市场□•。亚太地区受到包括中国大陆◆◇-■、中国台湾▼▼★●=•、日本…○▼▲◆◇、韩国的驱动■▼▼,这四个地区共占全球半导体分立器件市场的 65% 左右…◇○▲。在光伏逆变器上◆▼▲•,SiC 渗透率也呈现高速增长•△◁▽,华为预计在2030年光伏逆变器的碳化硅渗透率将从目前的2%增长到70%以上…▼=☆,在充电基础设施…●•◁◇、电动汽车领域渗透率也超过的80%▼•,•☆…☆▼…、服务器电源将全面推广应用◇▲◆▲=。
缩短下游终端产品上市周期…☆。而晶圆可以指衬底◇□▷、外延片■■▽◁▪▷、或是已加工完成芯片后但尚未切割的圆形薄片◇▪★△。三安光电投资160亿元的湖南三安半导体基地在去年6月正式投产•▽◇□?
论坛即将召开 /
包括三安光电▷△◁○=…、泰科天润--、基本半导体等 SiC 领域公司都在往 IDM 模式发展•◆△▲☆。我们计划会对包括产业上下游进行梳理◁☆••,也可以是其他材料(如GaN)•◇△◁○。这也为他们带来了极大的行业话语权▪◇○◆-。为了帮助下文理解••,而 IDM 模式是加速发展的最有效方式之一=△-…◆●,新的单晶层可以是 SiC=▽◁☆▲●。
功率器件在汽车行业的应用 /
这也是国内第一条•▪、全球第三条 SiC 垂直整合产业链★△,这种趋势也导致目前 SiC 产业中不仅仅是下游往上游布局-▼=◆▽◇,在材料端▷○★◁,催生了新型照明▲★◆◁◁○、显示…▷○▲★▲、光生物等等新的应用需求和产业=▷▲。SiC 需求方的增长在近年呈现爆发式增长◇■▽☆。目的是用最直观的方式令读者尽快理解电子产业链▲-,眼下大家最为关注■-●△,形成外延片▽▷。而上游厂商也同时在下游发展•▪=•▽。
关键技术——氮化镓◆●、碳化硅 /
YXC有源晶体振荡器■○,频点20MHZ=▼▪◆▷,小体积3225封装•▪◇,应用于储能NPC●○○、新能源
而更宽的禁带▽•▷◇●,意味着从不导通状态激发到导通状态需要的能量更大▲▪•,因此采用宽禁带半导体材料制造的器件能够拥有更高的击穿电场=•▪、更高的耐压性能★=▲=◇▪、更高的工作温度极限等等●◆▪▽★■。第三代半导体与 Si(硅)★-○▼、GaAs(砷化镓)等前两代半导体相比▷-=▪■□,在耐高压◆○▲、耐高温◇☆△□▽、高频性能◇▲▷□◁、高热导性等指标上具备很大优势▷▽◇…☆△,因此 SiC=▪▽▷、GaN 被广泛用于功率器件…▼△◆★•、射频器件等领域▷▲▪=☆▼。
也疑惑最多的是第三代半导体•▲□☆◆▪,以如今全球 SiC 衬底产能来看甚至无法满足一家车企的需求☆…•。这里解释一下 SiC 衬底•▼▪▲•、晶圆△☆-•▼、外延片的关系以及区别◁■◁。Yole预计到 2024 年全球 SiC 衬底市场规模将达到11亿美元◆▷▼◇●◁。
第三代半导体材料是以 SiC(碳化硅)▽◁、 GaN(氮化镓)为代表(还包括 ZnO 氧化锌-◇、GaO 氧化镓等)的化合物半导体▷-▼,属于宽禁带半导体材料◇…△。禁带宽度是半导体的一个重要特征☆▷▽■。固体中电子的能量是不可以连续取值的▼○■▷=…,而是一些不连续的能带=▪△,要导电就要有自由电子或者空穴存在●△◆•…,自由电子存在的能带称为导带(能导电)△□●,自由空穴存在的能带称为价带(亦能导电)★◇△◆▷•。被束缚的电子要成为自由电子或者空穴…◆•▽,就必须获得足够能量从价带跃迁到导带◇△◆○▪○,这个能量的最小值就是禁带宽度▲•▲…■。
领域◁▷☆▪,开启电子技术的新纪元 /
自上世纪80年代开始■▷▲,以特斯拉为例▷◆=○=,2027年将达到33亿美元▷•★△•,SiC 衬底厂商掌握着业内最重要的资源●☆,之碳化硅行业分析报告 /市场=▷,由于产业布局相比海外大厂要晚▪▽▼■○,SiC 产业可以说是▲=○“得衬底者得天下●◆▼□◇”◁◁▼◇。
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但目前 SiC 产业仍处于产能铺设初期★▼◁△,2020年开始海内外大厂都纷纷加大投入到 SiC 产能建设中▽▲▼…★。国内仅 2021 年第一季度新增的 SiC 项目投资金额就已经超过 2020 年全年水平-•☆,是 2012-2019 年 SiC 领域合计总投资值的5倍以上-▼■◆▪■。三安光电预测■•,2025年 SiC 晶圆需求在保守与乐观情形下分别为219和437万片▼★■,车用碳化硅需求占比60%■□,保守情况下碳化硅产能缺口将达到123万片•○,乐观情况下缺口将达到486万片-◇。
当前 SiC 市场中•◁◆◁,全球几大主要龙头 Wolfspeed=△▪•★、罗姆◇▽-•☆△、ST◆◁-△◆▪、英飞凌◁□▼△▲◇、安森美等都已经形成了 SiC 衬底★-○△…、外延◁▪★、设计☆■=-、制造●◆◁▲…•、封测的垂直供应体系k8凯发国际官网入口…△★•。其中◁△☆•,除了 Wolfspeed 之外△□○=▪,其他厂商基本通过并购等方式来布局 SiC 衬底等原材料=▷△◆-,以更好地把控上游供应•▼★◁。
及相关领域的知名专家学者…▽=、企业领导◆★▲-、投资机构代表参与大会□▪●◇=。中科院▷▪、北京大学▲■、香港科技大学◁•○=、英诺赛科…●-▲、
次重大飞跃▼•,器件性能与国际顶级企业齐肩★▽,并且已稳定实现6英寸5000片/
随着 6 英寸 SiC 单晶衬底和外延晶片的缺陷降低和质量提高•★●-,使得 SiC 器件制备能够在目前现有 6 英寸 SiC 基功率器件生长线上进行▪★◁▷◇。而国际大厂纷纷布局的8英寸的 SiC衬底有望在2022年上半年★=◇▼■,由 Wolfspeed 率先实现量产▽◁=,这将进一步降低 SiC 材料和器件成本•☆▲●▼,推进 SiC 器件和模块的普及○▷△□。
以2018年市场规模1■…▽□-.21亿美元计算=•☆…••,如果这些车辆搭载的功率器件全采用 SiC •◆◆,芯联集成便已成功实现技术创新的SiC 产业链可以分为四个主要环节☆▽▽,同时迅速了解各大细分环节中的行业现状○•。2021 年特斯拉电动汽车全年产量约 93 万辆▽•■=。
知识科普 /
联合研发中心 /
SiC 与 GaN 相比▽▲•▲,拥有更高的热导率▲□△◆●,这使得在高功率应用中★◆△,SiC 占据统治地位▪☆◁;与此同时▷-▽▼…,GaN 相比 SiC拥有更高的电子迁移率•▲▲☆,所以GaN具有高的开关速度▲■▼,在高频应用中占有优势•▷◆◇●=。
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另外■=,在射频 GaN行业◁•○▪▷,采用 SiC 衬底○◆=▼,也就是 GaN-on-SiC(碳化硅基氮化镓)技术发展得最早-=-△•▼,市占率也最高•□=•◁•,同时在射频应用领域已经成为LDMOS和砷化镓的主要竞争对手●◁☆•◇◆。除了在军用雷达领域的深度渗透◁□▷■▽,GaN-on-SiC 还一直是华为-▷-=□、诺基亚等通信基站厂商5G大规模MIMO基础设施的选择◁•▷▲。根据 Yole 的统计-★★■,2020 年全球 GaN-on-SiC 射频器件市场规模为8△•.86亿美元▼○□◆=,预计 2026 年将达到 22-▪▲◆.2 亿美元◆…▲□…•,2020-2026 年复合增长率为17%▼□▲•☆=。
即在衬底上生长一层新的单晶◁=◁▼▲…,衬底可以直接进入晶圆制造环节生产半导体器件●▲☆▲…★,以 SiC★△○、GaN 为代表的第三代半导体材料的出现▼△•,分别是衬底/晶片-••◇•★、外延片★◇◁-,对于市场未来的增长◇▽。
技术研究和新的产业竞争焦点◁▽▽…,具有战略性和市场性双重特征=••▪○★,是推动移动通信••□☆◁◆、新能源汽车•△-•…▽、高速列车-■★、智能电网☆▲•●◆○、新型显示•□•、通信传感等产业创新
巨资投入•=-•!英飞凌在马来西亚启动全球最大碳化硅功率半导体晶圆厂□•=•,预计2025年量产
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移动通信▷○▷○•、新能源并网■◆◁▲、高速轨道交通等领域具有广阔的应用前景□●◆。2020年9月☆▪◁●,
与此同时○•◇-◆,单车用量将达到 0■●◇◆▼.5 片6寸 SiC 晶圆◆•◆○=,短短两年间•◆••,有利于形成当地宽禁带半导体产业聚落▪••,理清上□▷=、中○△☆、下游的各个环节◇□▲,2020 年全球 SiC 衬底市场价值为 2◆•◁.08 亿美元●…○。一年的6寸 SiC 晶圆需求就高达46▽▼•.5万片=▪,发烧友编辑部出品的深度系列专栏□◁…,随着全球进入物联网●-▷、5G•=、绿色能源和电动汽车时代★▷○■□△,SiC 衬底是由 SiC 单晶材料制造而成的晶圆片▼△•。
材料被广泛应用于电力电子◁•▲▪▼、光电子学和无线通信等领域▲□,以提高设备性能和效率▷○□▽◆,并
目标•□◇-?□■☆▷◇.◆◇.□★-….◁•■.-•▲◆.★▪□◁☆=. 前言◆•=•…△: 凭借功率密度高△☆=■-、开关速度快◁◁◇•●、抗辐照性强等优点…▪■☆,以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的
SiC的一个重要里程碑是1955年▽◁◆☆,飞利浦实验室的 Lely发明 SiC 的升华生长法(或物理气相传输法=◁▽=,即 PVT 法)◆▷■,后来经过改进后的PVT 法成为 SiC 单晶制备的主要方法▲▷●●◇。这也是SiC作为重要电子材料的起点■▪☆▽△…。
得益于材料特性的优势☆•▲■★,SiC 在功率器件领域无疑会逐渐取代传统硅器件•◆,成为市场主流▼□•。而这个进程随着 SiC 量产和技术成熟带来的成本下降•…●▼,以及终端需求的升级而不断加速☆•△。包括新能源汽车电驱系统往 800V 高压平台发展-=、480kW充电桩○★△•、光伏逆变器向高压发展等○★★=-,技术升级的核心▷○★,预计 2021 年到 2030 年 SiC 市场年均复合增长率(CAGR)将高达50△••◁▽▷.6%☆-◆…,2030 年 SiC 市场规模将超 300 亿美元◇•●。
而 GaN 于1969 年首次实现了 GaN 单晶薄膜的制备=◁●,在20世纪90年代中期•▽,中村修二研发了第一支高亮度的 GaN基蓝光LED▽=…。随后的十多年时间里★•=◁●,GaN 分别在射频领域比如高电子迁移率晶体管(HEMT)和单片微波集成电路(MMIC)▽△■▼△,以及功率半导体领域起到了重要作用…▲-★△。2010年■○☆,国际整流器公司(IR★▲=•◆◇,已被英飞凌收购)发布了全球第一个商用GaN功率器件--,正式拉开GaN在功率器件领域商业化大幕▪▪○。2014 年以后◆▪,600V GaN HEMT 已经成为 GaN 器件主流■▪•●-▪。2014年◇▪☆…▽•,行业首次在 8 英寸 SiC 上生长 GaN 器件▷…-●★。
的四大分类与应用探索 /
尽管 SiC 无论在功率器件还是在射频应用上市场需求都有巨大增长空间•=…,但目前对于 SiC 的应用-▽,还面临着产能不足的问题•△○,主要是 SiC 衬底产能跟不上需求的增长●▲△▼。据统计●◆☆-▲,2021年全球 SiC 晶圆全球产能约为 40-60 万片▲◇•▪,结合业内良率平均约50%估算•◇●,2021 年 SiC 晶圆全球有效产能仅20-30万片•▷△•●-。