報道指出，三菱重工、豐田汽車子公司電裝和日本開發(fā)銀行投資的Flosfia將大規(guī)模生產(chǎn)使用氧化鎵（硅的替代品）作為半導體材料的功率半導體。

 

據(jù)該公司稱，與當前的半導體器件相比，這些器件可以將功率損耗降低 70%。此外，它們還可以將 EV 功耗降低 10%，從而延長一次充電的續(xù)航里程。

 

Flosfia 的目標是到 2023 年夏季實現(xiàn)每月數(shù)十萬的生產(chǎn)能力。這些器件將出售給汽車零部件制造商。該公司計劃將生產(chǎn)外包給日本國內(nèi)電子公司，目標是到 2030 年實現(xiàn) 1000 億日元（7.32 億美元）的銷售額。

 

隨著電動汽車需求的增加，該公司希望在歐洲和美國的競爭對手之前將其設備商業(yè)化。

 

一次充電的續(xù)駛里程是電動汽車性能的關鍵因素。電動汽車制造商通過提高電池性能和減輕車輛重量，突破了車輛行駛距離的極限。

 

Flosfia 是從半導體材料層面應對 EV 續(xù)航里程挑戰(zhàn)的公司之一。除氧化鎵外，碳化硅已成為一種有前途的發(fā)展途徑。特斯拉成為第一個在量產(chǎn)汽車中使用碳化硅功率半導體的同行。

 

功率半導體器件控制電機和其他 EV 部件中的電流和電壓。日本公司在半導體領域的整體份額較小，但在該領域仍具有優(yōu)勢。

 

三菱電機、東芝和富士電機合計占據(jù)全球功率半導體市場約 20% 的份額。在日本政府支持的新能源和工業(yè)技術開發(fā)組織的支持下，像 Flosfia 這樣的新公司正在該行業(yè)找到一席之地。

 

 

今年年初，日本從事半導體研發(fā)的Novel Crystal Technology（NCT，埼玉縣狹山市）發(fā)布消息稱，該公司與日本酸素控股旗下的大陽日酸、東京農(nóng)工大學一起，成功實現(xiàn)了氧化鎵功率半導體的6英吋成膜。由于可在較大晶圓上成膜，估計可大幅削減晶圓生產(chǎn)成本。氧化鎵功率半導體被期待幫助純電動汽車（EV）等減少電力消耗。

 

這是作為日本新能源產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）的戰(zhàn)略項目實現(xiàn)的研發(fā)。大陽日酸和東京農(nóng)工大學開發(fā)了可按6英吋晶圓進行成膜的裝置。

 

以往的技術只能在最大4英吋晶圓上成膜，NCT在世界上首次實現(xiàn)6英吋的成膜。有助于削減生產(chǎn)成本，有望把成本降到「碳化矽（SiC）功率半導體的三分之一」（NCT相關人員）。

 

據(jù)NCT預測，氧化鎵晶圓的市場到2030年度將擴大到約590億日元規(guī)模。該公司的目標是在確立晶圓量產(chǎn)技術后，2024年度銷售晶圓的量產(chǎn)裝置。將銷售給大型功率半導體廠商，用于實現(xiàn)純電動汽車等的節(jié)能。

 

同樣是在今年上半年，源自日本東北大學的初創(chuàng)企業(yè)C&A與東北大學教授吉川彰的研發(fā)團隊開發(fā)出一種技術，能以此前100分之1的成本制造有助于節(jié)能的新一代功率半導體的原材料“氧化鎵”。新技術不需要昂貴的設備，成品率也將提高。計劃在2年內(nèi)制造出實用化所需的大尺寸結(jié)晶。

 

研發(fā)團隊開發(fā)出了通過直接加熱原料來制造氧化鎵結(jié)晶的設備，制造出了最大約5厘米的結(jié)晶。將原料裝入用水冷卻的銅質(zhì)容器，利用頻率達到此前約100倍的電磁波，使原料熔化。

 

傳統(tǒng)方法是加熱使用貴金屬銥制造的容器，熔化其中的材料，制造結(jié)晶。要制造直徑約15厘米的實用性結(jié)晶，僅容器就需要3000萬～5000萬日元，還存在結(jié)晶的質(zhì)量不夠穩(wěn)定等課題。

 

據(jù)稱由于不需要昂貴的容器等原因，利用新方法能以目前約100分之1的成本制造氧化鎵結(jié)晶。力爭在2年內(nèi)制造出直徑15厘米以上的結(jié)晶。

 

現(xiàn)在的功率半導體主要把硅用于基板，但課題是會產(chǎn)生電力損耗。氧化鎵與碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等一起，作為新一代材料受到期待。據(jù)稱氧化鎵的電力損耗在理論上僅為硅的約3400分之1、碳化硅的約10分之1。

 

如果純電動汽車（EV）的馬達驅(qū)動用電源采用氧化鎵制的功率半導體，就算電池容量相同，也能行駛更遠距離。C&A和東北大學的團隊將利用新方法降低此前成為瓶頸的生產(chǎn)成本，推動實用化。

 

 

據(jù)路透社報道，美國早前對支持生產(chǎn)先進半導體和燃氣渦輪發(fā)動機的技術實施了新的出口管制，美國稱這些技術對其國家安全至關重要。

 

美國商務部表示，此舉涵蓋的“新興和基礎技術”包括氧化鎵和金剛石，因為“利用這些材料的設備顯著增加了軍事潛力”。

 

商務部工業(yè)和安全部副部長艾倫·埃斯特維茲 (Alan Estevez) 表示：“允許半導體和發(fā)動機等技術更快、更高效、更長時間和更惡劣條件下運行的技術進步可能會改變商業(yè)和軍事領域的游戲規(guī)則。” “當我們認識到風險和收益，并與我們的國際合作伙伴一起行動時，我們可以確保實現(xiàn)我們共同的安全目標。”

 

這四項技術是 42 個參與國在 2021 年 12 月會議上達成共識控制的項目之一。美國的出口管制涵蓋了比國際協(xié)議更廣泛的技術，包括用于生產(chǎn)半導體的額外設備、軟件和技術。

 

氧化鎵和金剛石使半導體“能夠在更惡劣的條件下工作，例如在更高的電壓或更高的溫度下。使用這些材料的設備顯著增加了軍事潛力，”Commerce 說。

 

該部門表示，這些控制包括 ECAD，這是一種用于驗證集成電路或印刷電路板的軟件工具，“可以推進許多商業(yè)和軍事應用，包括國防和通信衛(wèi)星”。

 

據(jù)美國商務部介紹，使用氧化鎵和金剛石這兩種超寬帶隙半導體制成的芯片可以在更惡劣的條件下工作，例如在更高的電壓或溫度下，使用它們的設備“顯著增加了軍事潛力”

 

至于稱為 ECAD 的電子計算機輔助設計軟件則用于開發(fā)具有全柵場效應晶體管或 GAAFET 結(jié)構的集成電路。軍事和航空航天國防工業(yè)使用 ECAD 軟件來設計復雜的集成電路。GAAFET 是設計能夠?qū)崿F(xiàn)“更快、更節(jié)能、更耐輻射的集成電路”的技術的關鍵，這些集成電路具有軍事用途，包括國防衛(wèi)星

 

此外，可用于火箭和高超音速系統(tǒng)的增壓燃燒（PGC）技術也納入了管制。

來源：半導體行業(yè)觀察 譯自日經(jīng)