近年來，以碳化硅(碳化硅)和氮化鎵(GaN)等寬禁帶化合物為代表的第三代半導(dǎo)體材料引發(fā)全球矚目。由于其具有禁帶寬、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高、飽和電子遷移率高、熱導(dǎo)率大、介電常數(shù)小、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)、半導(dǎo)體照明、新一代移動(dòng)通信、消費(fèi)類電子等領(lǐng)域，被視為支撐能源、交通、信息、國(guó)防等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)，全球市場(chǎng)容量未來將達(dá)到百億美元，已成為美國(guó)、歐洲、日本半導(dǎo)體行業(yè)的重點(diǎn)研究方向之一。

中國(guó)大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體材料，USCI殺入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)

2015年5月8日，在國(guó)務(wù)院印發(fā)《中國(guó)制造2025》中4次提到以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體功率器件，可見第三代半導(dǎo)體行業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位。碳化硅也得到了世界各地政府的大力支持，其中包括美國(guó)、歐洲、中國(guó)和日本。這些國(guó)家認(rèn)識(shí)到全球變暖的明顯威脅，并正在尋求多種解決辦法。碳化硅器件的更高效功率轉(zhuǎn)換，是業(yè)內(nèi)共同解決這個(gè)問題的眾多方法之一。

相比傳統(tǒng)硅器件，碳化硅的器件的關(guān)鍵區(qū)別是碳化硅的帶隙較傳統(tǒng)硅大三倍多，雖然大多數(shù)客戶對(duì)帶隙這個(gè)材料參數(shù)不感興趣，但正是這種特性使得碳化硅具有高于硅的材料性能。寬帶隙使客戶設(shè)計(jì)出來的碳化硅器件的漂移層厚度約為相近硅器件的10%，對(duì)給定的芯片尺寸來說，可以顯著降低傳導(dǎo)損耗。此外，這也使器件電容降低很多，因此開關(guān)頻率明顯提高，幫助客戶設(shè)計(jì)出更高效和更緊湊的系統(tǒng)。

據(jù)了解，當(dāng)前雖然整個(gè)碳化硅功率器件行業(yè)尚在起步階段，但預(yù)計(jì)整個(gè)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到4000億元。商用的碳化硅基MOSFET國(guó)際幾大廠如Cree、Infineon、RoHM等廠家都有量產(chǎn)器件，國(guó)際廠商目前已經(jīng)在宣傳全碳化硅功率模塊，用于PFC/UPS/PV/EV等應(yīng)用場(chǎng)景，國(guó)內(nèi)廠家僅基本半導(dǎo)體等少數(shù)幾家能量產(chǎn)碳化硅器件。

目前，專注于碳化硅 (碳化硅)材料的美國(guó)公司United Silicon Carbide（以下簡(jiǎn)稱USCi）正在大力開拓中國(guó)市場(chǎng)，USCi的主要愿景是實(shí)現(xiàn)綠色和可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，主要關(guān)注的產(chǎn)業(yè)是風(fēng)能/太陽能、電動(dòng)汽車/下一代火車、智能電網(wǎng)、電機(jī)控制等等。

USCi總裁兼首席執(zhí)行官Chris Dries博士

為何要投資碳化硅行業(yè)？

日前，USCi總裁兼首席執(zhí)行官Chris Dries博士接受了《國(guó)際電子商情》的獨(dú)家專訪，在向國(guó)內(nèi)公司介紹USCi背景的同時(shí)，也談到了自己對(duì)碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)的趨勢(shì)看法。

據(jù)了解，USCi的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)大多數(shù)來自Sensors Unlimited公司，這家公司主要生產(chǎn)短波紅外波段的圖像傳感器和攝像頭。這些傳感器使用傳統(tǒng)上用于光纖通信系統(tǒng)的磷化銦 (InP) /砷化銦鎵(InGaAs)化合物半導(dǎo)體材料系統(tǒng)。圍繞短波段開發(fā)了一些獨(dú)特的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了功能更加強(qiáng)大的機(jī)器視覺、光譜學(xué)和夜視圖像。

2007年，包括Chris Dries在內(nèi)的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)行業(yè)出售了Sensors Unlimited公司，由于此前一直專注于磷化銦 (InP) /砷化銦鎵(InGaAs)化合物半導(dǎo)體材料，因此他們希望尋求一家發(fā)展新材料的公司來進(jìn)行投資和生產(chǎn)。

“我相信未來幾年的碳化硅器件出貨量最終將超過10億美元。隨著市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大以及制造商向150mm晶圓生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，總體成本將會(huì)下降，因而推動(dòng)了市場(chǎng)的擴(kuò)展。”Chris Dries表示。憑借經(jīng)驗(yàn)，Chris Dries認(rèn)為碳化硅材料在功率轉(zhuǎn)換方面具有非常好的前景，但是需要近20年時(shí)間才能轉(zhuǎn)化為商業(yè)優(yōu)勢(shì)。因此，在2009年，創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)通過購(gòu)買USCi的資產(chǎn)進(jìn)入了碳化硅材料領(lǐng)域。

電動(dòng)車推動(dòng)碳化硅材料應(yīng)用，USCi產(chǎn)品線介紹

一直以來，碳化硅材料由于成本較高，因此未能在市場(chǎng)上迅速普及。隨著制造商的生態(tài)系統(tǒng)不斷發(fā)展，并且出現(xiàn)了競(jìng)爭(zhēng)，降低了解決方案的成本，碳化硅器件在市場(chǎng)上的采納正在加速，尤其是電動(dòng)汽車充電等應(yīng)用可從碳化硅器件性能獲得很多好處，成為了強(qiáng)大的推動(dòng)力。“我們和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的業(yè)務(wù)規(guī)模都正在急劇增長(zhǎng)。” Chris Dries表示。

https://v.qq.com/x/page/l0524d6gueu.html（視頻鏈接）

USCi的主要產(chǎn)品線中文介紹

目前，USCi主要有兩個(gè)銷售產(chǎn)品線，分別是碳化硅肖特基二極管(Schottky Diode)和碳化硅FET。其中肖特基二極管主要用于功率因數(shù)校正和光伏發(fā)電，不過隨著電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)和車載DC-DC轉(zhuǎn)換器日益普及，這一塊的業(yè)務(wù)也在蓬勃發(fā)展。USCi的碳化硅FET器件十分獨(dú)特，因?yàn)樗鼈兎浅Ｒ子诩傻娇蛻粼O(shè)計(jì)中，使客戶能迅速擁有當(dāng)今世界上最先進(jìn)的碳化硅晶體管解決方案。

據(jù)介紹，目前USCi在電動(dòng)汽車領(lǐng)域已占據(jù)舉足輕重的地位，此次來深圳Chris Dries的一個(gè)目的就是為了拜訪深圳的一個(gè)重要客戶。在汽車領(lǐng)域，USCi的主要應(yīng)用是車載充電和DC-DC轉(zhuǎn)換。

電動(dòng)汽車的電池必須充電，通常來自240V插座，但大多數(shù)人并未考慮到汽車上的其它電力轉(zhuǎn)換需求。由于傳統(tǒng)汽車供電采用的是12V電源，轉(zhuǎn)換器需要將電源從高壓電池總線電壓降低至12V部件的生態(tài)系統(tǒng)，比如風(fēng)擋雨刷、收音機(jī)和電動(dòng)車窗等。在冬季時(shí)，我們必須將電動(dòng)汽車中的大功率路由到加熱器，這也是另一個(gè)很重要的大功率應(yīng)用。Chris Dries認(rèn)為，為了適應(yīng)這種變化，從2020年開始，電機(jī)逆變器驅(qū)動(dòng)器將會(huì)從IGBT轉(zhuǎn)向碳化硅功率器件。

USCi的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，業(yè)界最好的體二極管性能

相比Littlefuse、英飛凌等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，USCi的器件的特點(diǎn)之一是兼容標(biāo)準(zhǔn)的硅柵極驅(qū)動(dòng)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)項(xiàng)目的工作，并且更容易贏取客戶的設(shè)計(jì)合同。

“我們擁有業(yè)界最好的體二極管性能，幾乎相當(dāng)于碳化硅肖特基二極管，在工作溫度下，我們的反向恢復(fù)電荷的絕對(duì)值比最接近的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品要好3倍。我們達(dá)到了所有這些成果，同時(shí)保持了較高的5V閾值電壓，并且在1200V下的碳化硅芯片面積僅為最接近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品的一半，在650V下的碳化硅芯片面積僅為對(duì)手的25%。”Chris Dries表示，對(duì)于USCi來說，650V電壓級(jí)別是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，由于掌握該技術(shù)，使得電壓級(jí)別上與Si超結(jié)型 (superjunction)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品的價(jià)格接近。也是因?yàn)檎莆赵摷夹g(shù)，USCi的器件在短路耐受時(shí)間和雪崩能力方面具有出色的穩(wěn)健性。

攜手本土渠道商及基底制造商，USCi希望幫助硅基底成本降低

對(duì)于中國(guó)市場(chǎng)，USCi寄予了很深的期望。“中國(guó)不僅地域遼闊，還有很多商機(jī)，加上巨大的市場(chǎng)規(guī)模，使得在中國(guó)銷售與世界其它地區(qū)有所不同。” Chris Dries表示，目前USCi在中國(guó)擁有多個(gè)全球和本地的分銷渠道，未來打算至少在深圳和上海開設(shè)辦事處，并且聘請(qǐng)一些本地的銷售人員和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師。“我們正在建立一個(gè)中文網(wǎng)站，希望能夠在2018年第一季完成。此外，我們?cè)诿绹?guó)有很多懂中文的工程師，并且已經(jīng)在美國(guó)制作了一些中文的內(nèi)容和演示。” Chris Dries表示，USCi正在探索利用社交媒體來發(fā)布這些內(nèi)容，并將USCi品牌發(fā)展成為大功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的思想領(lǐng)導(dǎo)者，特別是與碳化硅有關(guān)的領(lǐng)域。

“在中國(guó)，我們還沒有看到來自器件制造商的直接競(jìng)爭(zhēng)，但對(duì)手肯定將會(huì)出現(xiàn)。而這就是USCi不斷進(jìn)行器件技術(shù)創(chuàng)新的原因，我們力爭(zhēng)在技術(shù)范疇遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，要比它們超出多個(gè)世代。”Chris Dries表示，近幾年中國(guó)企業(yè)在碳化硅材料領(lǐng)域，特別是在基底和外延片市場(chǎng)進(jìn)行了的大力投資。Chris Dries表示，USCi歡迎來自中國(guó)的硅基底供應(yīng)增長(zhǎng)。另外，USCi也已經(jīng)與一些中國(guó)的基底制造商會(huì)面，共同幫助降低基底成本。同時(shí)USCi正聯(lián)同多個(gè)分包商/經(jīng)銷商合作伙伴聯(lián)手，大量投資在中國(guó)制造的模塊。“基底成本的速度降低越快，我們的市場(chǎng)就越大，能夠從傳統(tǒng)硅器件手中奪得的市場(chǎng)也就越多。”Chris Dries認(rèn)為。

據(jù)介紹，USCi目前的生產(chǎn)制造主要在美國(guó)工廠，一條是100mm生產(chǎn)線；而另一條是符合汽車品質(zhì)要求的150mm生產(chǎn)線。后端制造則位于菲律賓和中國(guó)。其中100mm生產(chǎn)線主要面向用于光電和射頻市場(chǎng)的GaAs和InP器件；而150 mm生產(chǎn)線主要面向在傳統(tǒng)汽車應(yīng)用中具有重要地位的Si CMOS產(chǎn)品系列，但碳化硅器件的生產(chǎn)也正在不斷增長(zhǎng)。據(jù)介紹，以目前的產(chǎn)能來看，大概可以達(dá)到每月5000個(gè)6吋晶圓。“雖然基底供應(yīng)短期內(nèi)緊張，但未來18個(gè)月將有額外產(chǎn)能上線，相信我們快將回到正常供應(yīng)狀態(tài)。”Chris Dries最后表示，雖然目前團(tuán)隊(duì)成員中在GaN方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，但USCi的發(fā)展重點(diǎn)集中在擁有穩(wěn)健性和市場(chǎng)成熟度的碳化硅器件，暫時(shí)無意發(fā)展GaN器件。