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碳化硅(SiC)功率半導(dǎo)體市場潛力大
發(fā)布:2015-12-17

面對日益嚴(yán)苛的能效要求,節(jié)能減碳已成為現(xiàn)今電子產(chǎn)品不可忽略的重要環(huán)節(jié);傳統(tǒng)以硅為材料的功率半導(dǎo)體,正逐漸面臨發(fā)展瓶頸,而具有比硅更低導(dǎo)通電阻及更高切換速度的碳化硅(SiC)功率器件以其優(yōu)異的高耐壓、低損耗、高導(dǎo)熱率等優(yōu)異性能,有效實現(xiàn)電力電子系統(tǒng)的高效率、小型化和輕量化。

碳化硅(SiC)功率器件的能量損耗只有硅(Si)器件的功率50%,發(fā)熱量也只有硅(Si)器件的50%;且有更高的電流密度。在相同功率等級下,碳化硅(SiC)功率模塊的體積顯著小于硅(Si)功率模塊,以智能功率模塊(Intelligent Power Module,IPM)為例,利用碳化硅(SiC)功率器件,其模塊體積可縮小至硅(Si)功率模塊的1/3~2/3。

碳化硅(SiC)功率器件前景亮麗,市場驅(qū)動力主要基于:

1. 太陽能的PV(光伏)逆變器

主要提高電源的轉(zhuǎn)換效率。

2. 新能源汽車(EV/HEV)

充一次電可以跑更長里程是新能源汽車的一個重要賣點。

3.  開關(guān)電源

用于服務(wù)器、空調(diào);效率會更高,節(jié)電可觀。

4. 重型電機、工業(yè)設(shè)備

主要是用在高頻電源的轉(zhuǎn)換器上,可以帶來高效率、大功率、高頻率的優(yōu)勢。

美國 Cree公司早在2003年就率先推出碳化硅(SiC)產(chǎn)品,但當(dāng)時市場上并沒有很大的反響。2010年以后,業(yè)界才開始對碳化硅(SiC)功率產(chǎn)品真正關(guān)心,一些廠家如Cree、Rohm、Infineon、ST、Microsemi陸續(xù)推出了相關(guān)產(chǎn)品。

國內(nèi)對碳化硅(SiC)功率器件的研究始于20世紀(jì)末, 直到2014年,國內(nèi)的碳化硅(SiC)二極管實現(xiàn)了量產(chǎn)化,但還沒有形成完整的產(chǎn)業(yè),與國外的產(chǎn)業(yè)規(guī)模相比有很大差距。

目前,國內(nèi)實現(xiàn)碳化硅(SiC)功率器件量產(chǎn)的只有泰科天潤半導(dǎo)體科技(北京)有限公司,其量產(chǎn)的肖特基二極管600~1700V系列各項指標(biāo)均已達到國際先進水平。

2014年全球碳化硅(SiC)功率器件的市場規(guī)模為1.2億美元,相較硅功率器件的150億美元市場,碳化硅(SiC)功率器件市場還很小,還不到硅(Si)功率器件的10%。

根據(jù)市場分析公司預(yù)計,碳化硅(SiC)功率器件的市場未來將保持18%的年增長速度,到2020年時可望達到3億美元以上的產(chǎn)值(圖1),說明市場對這一器件的接受度正進入加速階段。


 
圖1: 2014-2020年碳化硅(SiC)功率器件市場產(chǎn)值

受制于制造成本和產(chǎn)品良率影響,目前阻礙碳化硅(SiC)功率器件大規(guī)模進入市場的主要原因是價格昂貴,一般是同類硅(Si)產(chǎn)品的5-6倍。

為了降低成本,需要二個方面的改進。

1.開發(fā)上,晶圓做得更大,晶圓越大,每個晶圓上可以取得的die/chip也就越多,浪費的地方也會越少;但這需時日攻克工藝難關(guān)。

碳化硅(SiC)材料較傳統(tǒng)硅材料硬度要大,晶圓尺寸進一步擴大時工藝技術(shù)目前還很難控制,F(xiàn)在SiC產(chǎn)品的晶圓尺寸只能做到6英寸;相較目前大部分硅(Si)功率器件都已經(jīng)向12英寸晶圓遷移的進度,碳化硅(SiC)功率器件肯定有些落后了,而這也將限制其成本控制的步伐。

 針對SiC材料硬度的優(yōu)化已成為業(yè)界重要課題,就像當(dāng)年真空管向硅材料的過渡一樣,任何一種新材料都要經(jīng)歷 一個優(yōu)化到成熟的過程,相信通過業(yè)界的努力,SiC材料將成為一種成熟的主流的功率器件材料。

2.提高工廠的生產(chǎn)效率,碳化硅(SiC)的生產(chǎn)時間很長,因為SiC是Si加上C,生產(chǎn)時間大約是普通Si的6倍。

預(yù)計在2017年左右,隨著碳化硅(SiC)產(chǎn)品良率的大幅度提升,其價格也將下降,那時碳化硅(SiC)功率器件可能會實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

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