期間， “IFWS  2021：碳化硅功率器件與封裝應用論壇“成功召開。會議由蕪湖啟迪半導體有限公司、中國電子科技集團公司第四十八研究所、北京北方華創微電子裝備有限公司、德國愛思強股份有限公司協辦支持。

 

 

▲蕪湖啟迪半導體有限公司研發總監鈕應喜

 

會上，蕪湖啟迪半導體有限公司研發總監鈕應喜分享了“第三代半導體碳化硅器件產業化關鍵技術及發展進展”主題報告。他表示，SiC裝置具備提高轉換效率、減小能量損耗、增加功率容量、減小體積重量、提高可靠性等應用優勢，對于提升效率降低裝置損耗，SiC對于提升效率降低裝置損耗，實現“碳中和、碳達峰”具有重要意義!

 

SiC在1kHz-10kHz的中高頻、 >1000kW的中高功率范圍有競爭力。2019年，SiC電力電子器件市場規模在5.6億美金，預計2024年達到19億美金以上，中低壓需求較強的是新能源汽車。以特斯拉為例，采用碳化硅技術的電機驅動系統汽車，續航能力提升10%，達595公里。比亞迪漢EV電機控制器首次使用了高性能碳化硅MOSFET控制模塊，續航能力達到了605公里。

 

同時，新能源汽車成為碳化硅發展的驅動力，全球新能源汽車市場加速發展。2020年全球汽車市場銷量整體下滑，新能源汽車銷量逆勢增長43%，以德國為代表的歐盟國家和大眾、豐田、沃爾沃等車企加速轉型。根據預測，2030年，全球新能源汽車保有量最高將達到2.45億輛。

 

另外，智能電網是碳化硅器件重要的應用領域，電力系統特點在于清潔、綠色能源、柔性交直流輸電、遠距離、大容量，對裝置的需求包括工作電壓高達1100kV、工作電流高達6250A、傳輸容量110GW，對器件的要求為額定高壓10kV以上、大容量（數千安培）、全控、高可靠性、高溫。因此，更高電壓、更大容量、 更低損耗的柔性輸變電將對萬伏級以上的碳化硅功率器件具有重大需求。

 

碳化硅晶體技術的進展方面，鈕應喜博士表示，SiC產業鏈包括晶體、襯底、外延、器件、模塊和系統。SiC材料方面國內主要是4英寸，6英寸在擴量中，8英寸處于研發階段，而國際上，Cree正在建設8英寸生產線。器件方面，目前國內新建的器件產線以6英寸為主，8英寸也規劃中。隨著國內多家SiC單晶襯底廠和外延廠的投產，SiC晶圓的成本在快速下降。據Yole統計國內有192家相關企業涉足SiC。SiC外延設備方面已經具備8寸能力，不過主要以進口設備為主，國內目前也有5家左右設備廠家開始研制SiC 外延爐，國產設備一開始進入市場驗證中，預計未來碳化硅外延廠也會陸續增多。

 

碳化硅外延發展至今從理論、設備、工藝技術等方面已經取得很大的進展。理論方面：首先是臺階流模型的提出，其次是引入TCS生長體系，在理論基礎上，設備應從硅烷體系發展到了氯基體系，外延設備也陸續實現國產替代；再次就是未來4H-SiC外延生長將向多片式、大尺寸、高均勻性、低缺陷方向發展；最后，為了使器件的性能能夠進一步提升，通過外延來實現部分器件結構，主要是開發SiC外延溝槽填充技術，進一步降低器件的導通電阻；在高壓應用方面，厚膜生長技術比較滯后，未來需要解決的技術有：厚膜少子壽命，缺陷控制，材料的均勻性。

 

鈕應喜博士建議，當前在SiC晶體段，應優化技術，降低成本，加快6英寸產能擴充，突破8英寸技術攻關；在SiC外延領域，應加快8英寸外延生長技術及設備的研制，針對高壓領域，突破厚膜外延產業化技術；在芯片端，應加快高端車規級產品的量產技術。

 

（內容根據現場資料整理，如有出入敬請諒解！）