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  • 碳化硅技术如何变革汽车车载充电

    碳化硅技术如何变革汽车车载充电

    日趋严格的CO2排放标准以及不断变化的公众和企业意见在加速全球电动汽车(EV)的发展。这为车载充电器(OBC)带来在未来几年巨大的增长空间,根据最近的趋势,到2024年的复合年增长率(CAGR(TAM))估计将达到37.6%或更高。对于全球OBC模块正在设计中的汽车,提高系统能效或定义一种高度可靠的新拓扑结构已成为迫在眉睫的挑战。 用于单相输入交流系统的简单功率因数校正(PFC)拓扑结构(图1)是个传统的单通道升压转换器。该方案包含一个用于输入交流整流的二极管全桥和一个PFC控制器,以增加负载的功率因数,从而提高能效并减少施加在交流输入电源上的谐波。这种流行的PFC升压拓扑的优点是设计简单,实施成本低且性能可靠。然而,二极管桥式整流器的导通损耗是不可避免的,且这将不支持车辆向AC电网提供电能的双向运行。采用多通道交错式传统升压转换器,对升压电路进行多次迭代,可改善某些系统性能参数,但并不能省去输入二极管桥。 图1:传统的PFC 仿真数据(图2)表面,在PFC块中,输入二极管桥的功率损耗比其他所有元器件损耗都要大。 图2: PFC中的功率损耗分布 为了提高OBC系统的能效,人们研究了不同的PFC拓扑结构,包括传统PFC、半无桥PFC、双向无桥PFC和图腾柱无桥PFC。其中,图腾柱PFC(图3)由于减少了元器件数量,降低了导通损耗,且能效高,因而广受欢迎。 图3:无桥图腾柱PFC 传统的硅(Si) MOSFET很难在图腾柱PFC拓扑中的连续导通模式(CCM)下工作,因为体二极管的反向恢复特性很差。碳化硅(SiC) MOSFET采用全新的技术,比Si MOSFET具有更胜一筹的开关性能、极小的反向恢复时间、低导通电阻RDS(on)和更高的可靠性。此外,紧凑的芯片尺寸确保了器件的低电容和低门极电荷(QG)。 设计OBC的另一个挑战是,车辆中分配给模块的空间有限。在功率要求和电池电压不断提高的同时,设计既能满足机械尺寸要求又能提供所需输出功率的OBC变得越来越困难。使用当前用于OBC的技术,工程师们不得不在功率、尺寸和能效之间进行权衡,而SiC正在突破这些设计障碍。工程师使用具有更高开关频率的SiC,可使用更小的电感器,仍能达到以前相同的电感器纹波电流要求。 在OBC系统中使用SiC MOSFET的好处是能够以更高的频率进行开关,功率密度更高,能效更高,EMI性能得到改善以及系统尺寸减小。如今,SiC已广泛使用,工程师可在设计中使用图腾柱PFC来提高性能。 最新发布的采用6.6 kW图腾柱PFC的OBC评估板为多通道交错式无桥图腾柱PFC拓扑提供了参考设计。该设计在每个高速支路包括一个隔离的高电流、高能效IGBT驱动器(NCV57000DWR2G)和两个高性能SiC MOSFET (NVHL060N090SC1)。此外,低速支路采用两个由单片高边和低边门极驱动器IC (FAN7191_F085) 控制的650 V N沟道功率MOSFETSUPERFET®III (NVHL025N65S3)。 图4: 6.6 kW交错式图腾柱PFC评估板 在图腾柱拓扑结构中采用这些高性能SiC MOSFET配置,系统能效达到97% (典型值)。该设计包括硬件过流保护(OCP)、硬件过压保护(OVP)和辅助配电系统(非隔离),可为PFC板和控制板上的每个电路供电,而无需其它直流源。灵活的控制接口可适应各种控制板。 图5: 6.6 kW交错式图腾柱PFC评估板框图

    时间:2021-04-06 关键词: 碳化硅 车载充电

  • 对于电源管理来说,碳化硅到底比硅强了多少?

    对于电源管理来说,碳化硅到底比硅强了多少?

    诸如太阳能和风力发电之类的创新技术正在加速取代传统燃料为基础的电厂,并且由于储能和收集方法的改善,从而节省了大量成本,已经超过了昂贵的“发电厂”。 在政府通过政策和激励措施支持新能源的前提下,公共能源基础设施及其相关的电网结构有许多改善和增长的机会。 最新进展 较旧的电网结构包括单向电力输送和有限的能源发电,例如化石燃料,水力发电和核电站。可再生能源的产生和收集方面最新进展是使同一个电网可以扩展其发电资源(风能和太阳能),同时可以创建灵活的双向分配方式,以满足不同的需求和存储选择。 具体地说,对于太阳能而言,通常需要使用逆变器,这些逆变器将光伏(PV)模块产生的直流电压转换为交流电压,然后再传递回电网。最常见的方法之一是通过串式逆变器方案,其中将来自太阳能电池板的DC电压馈入DC/DC升压,然后进入DC / AC逆变器,然后连接到电网。 图1显示了典型的太阳能串逆变器框图,其中包括栅极驱动,电流感测和处理。通常使用IGBT,高压FET以及更常见的包含集成IGBT和二极管的功率集成模块(PIM)来完成此配置的功率传输。 太阳能串逆变器框图 电动汽车充电则是另一个具有类似大功率需求的行业。电动汽车以前所未有的速度越来越受欢迎。不幸的是,他们的充电站一直落后。电动汽车充电的基础设施还没有达到加油站那样的可用性,同时充电时间也远大于加油时间。以350 kW的功率水平运行的DC快速充电系统可以在不到10分钟的时间内为车辆充满电。 图2显示了一个典型的DC快速充电框图的示例,其中包含电源路径组件以及相关的处理和外围设备。 事实证明,基于碳化硅(SiC)的组件可以为公共能源基础设施(例如,电网和EV充电站)提供更好的电力传输解决方案。反过来,这样的解决方案可以在更好的传导损耗,泄漏电流,热管理,浪涌容量和功率密度方面提供改进。此外,基于SiC的技术可提高整体效率,并提高可靠性及减小整体占地面积。安森美半导体等行业领先的公司提供了一系列SiC器件,因此让我们探究这些器件并深入研究其某些应用。 SiC技术为什么是更好的解决方案 无论是太阳能,电动汽车充电,还是服务器应用,都表明SiC技术可以胜过传统的硅器件和模块,例如硅IGBT / MOSFET。但是,让我们从一个跳到每个设计师的脑海中的话题开始:效率。 SiC如何提高效率?涉及许多因素,但主要是,SiC的优势包括在较低的传导损耗(Vf)下具有较高的工作温度和频率(最高1 MHz),以及较高的电压和额定电流(高达1800 V的电压和100A的电流),与硅MOSFET相比,又可以提供更高的电源效率和更少的散热设计。 有关SiC技术如何为高压和大电流应用提供某些最高总体功率的功能,请参见图3。 鉴于这些SiC器件的导通电阻较低,而功率能力则更高,基于SiC的解决方案可转化为更高的工作效率。 图4展示了串联的SiC基二极管和MOSFET,在典型的5kW升压转换器应用时,传导损耗降低多达73%。 由于对相关电感器和电容器的尺寸要求较低,因此基于SiC的电路的占地面积通常要小得多。实际上,在某些情况下,由于具有更高的开关频率,它的尺寸要小75%。因此可以提供更高的功率密度。尽管SiC MOSFET通常比传统的硅MOSFET贵4倍,但是由于这些较小的电感器和电容器,整个系统的成本下降了,同时减少了总面积。 在产品组装和机械集成方面,事实证明,ON Semconductor的PIM(例如Q0 / Q1 / Q2PACK模块,其中集成了SiC器件以帮助减少周边系统开发)简化了制造过程并降低了开发风险,同时允许加快上市时间。 另外,分立的非集成式解决方案通常需要更多的时间来设计安装散热系统,例如隔离垫和散热器,同时还带来了不良的热接触风险。PIM解决方案可简化装配过程,从而减少时间/成本并提高可靠性,同时由于功率密度方面的优势,还可以使最终产品更紧凑。 图5展示了离散解决方案与PIM模块组装过程的比较。 安森美半导体的SiC电源解决方案 安森美半导体的PIM模块可提供更快的开关速度,更高的功率效率和更高的功率密度,这些解决方案还可以降低系统成本和尺寸,但这还不是全部。 PIM模块并非总是比分立组件更受青睐,主要是基于应用的额定功率以及性能和成本方面的考虑。因此安森美半导体提供分立和PIM SiC两种解决方案。 图6显示了如何在离散解决方案或PIM解决方案之间进行选择。 用于UPS,电动机驱动或光伏逆变器等应用的高压辅助电源通常具有300 VDC至1000 VDC的直流母线电压,这使其很难为显示器,风扇或加热器集成低压辅助电源。但是SiC MOSFET具有更高的阻断电压和更宽的输入电压范围,从而具有更大的系统灵活性和功能。此外,如SiC优势部分所述,更高的频率和更低的导通电阻会导致更小,更高功率密度的解决方案。但是,让我们看一下以75 kHz运行的ESBC配置电源和以300 kHz运行的SiC电源之间的直接比较。SiC电源的尺寸更小(约一半),功率输出增加20%,并且效率明显提高。

    时间:2021-03-30 关键词: MOSFET 碳化硅

  • 意法半导体发布隔离式栅极驱动器,可安全控制碳化硅MOSFET

    意法半导体发布隔离式栅极驱动器,可安全控制碳化硅MOSFET

    STGAP2SiCS是意法半导体STGAP系列隔离式栅极驱动器的最新产品,可安全地控制碳化硅(SiC) MOSFET,工作电源电压高达1200V。 STGAP2SiCS能够产生高达26V的栅极驱动电压,将欠压锁定(UVLO)阈压提高到15.5V,满足SiC MOSFET开关管正常导通要求。如果电源电压低引起驱动电压太低,UVLO保护机制将确保MOSFET处于关断状态,以免产生过多的耗散功率。这款驱动器有双两个输入引脚,让设计人员可以定义栅极驱动信号的极性。 STGAP2SiCS在输入部分和栅极驱动输出之间设计6kV电气隔离,电隔离有助于确保消费电子和工业设备的用电安全。4A吸电流/拉电流驱动能力使其适用于高端家用电器、工业驱动装置、风扇、电磁炉、电焊机、UPS不间断电源等设备的高功率变换器、电源和逆变器。 新产品有两种不同的输出配置。第一种配置是提供独立的输出引脚,可使用专用的栅极电阻独立优化通断时间。第二种配置适用于高频硬开关,只有一个输出引脚和有源米勒钳位电路,米勒钳位用于限制SiC MOSFET栅极-源极电压摆动,防止开关不必要导通,并增强开关的可靠性。输入电路兼容最低3.3V的CMOS/TTL逻辑电平信号,可以轻松地连接各种控制器芯片。 STGAP2SiCS具有待机模式,有助于降低系统功耗,并具有内部保护功能,包括可防止低压部分和高压驱动通道交叉导通的硬件互锁和热关断。低高压电路之间的传播延迟精确匹配,防止周期失真,最大程度地减少电能损耗。总传播延迟小于75ns,精确的脉宽调制(PWM)控制支持高开关频率。 STGAP2SiCS采用宽体SO-8W封装,在有限的面积内确保8mm的爬电距离。

    时间:2021-03-23 关键词: MOSFET 隔离式栅极驱动器 碳化硅

  • 碳化硅半导体2021年技术展望

    随着宽禁带技术不断渗透到传统和新兴的电力电子应用中,半导体厂商一直在以惊人的速度开发其产品系列。其中一些已发布了多代技术产品。安森美半导体凭借其经证实的碳化硅(SiC) MOSFET器件性能和对客户一流的支持,是该领域的一个领袖。

    时间:2021-03-11 关键词: 半导体 OEM 碳化硅

  • 东芝推出新款碳化硅MOSFET模块,有助于提升工业设备效率和小型化

    东芝推出新款碳化硅MOSFET模块,有助于提升工业设备效率和小型化

    中国上海,2021年2月25日——东芝电子元件及存储装置株式会社(“东芝”)今日宣布,面向工业应用推出一款集成最新开发的双通道碳化硅(SiC)MOSFET芯片(具有3300V和800A特征)的模块---“MG800FXF2YMS3”,该产品将于2021年5月投入量产。 为达到175℃的通道温度,该产品采用具有银烧结内部键合技术和高贴装兼容性的iXPLV(智能柔性封装低电压)封装。这款模块可充分满足轨道车辆和可再生能源发电系统等工业应用对高效紧凑设备的需求。 Ø 应用 ・用于轨道车辆的逆变器和转换器 ・可再生能源发电系统 ・工业电机控制设备 Ø 特性 ・漏源额定电压:VDSS=3300V ・漏极额定电流:ID=800A双通道 ・宽通道温度范围:Tch=175℃ ・低损耗: Eon=250mJ(典型值) Eoff=240mJ(典型值) VDS(on)sense=1.6V(典型值) ・低杂散电感:Ls=12nH(典型值) ・高功率密度的小型iXPLV封装 Ø 主要规格

    时间:2021-02-25 关键词: 东芝 MOSFET 碳化硅

  • 碳化硅、氮化镓有什么差别?

    人工智能(AI)、边缘运算与万物联网趋势,带来无所不在的感测、通讯与功率解决方案需求,化合物半导体的重要性也随之暴增。从资料中心里的服务器、网通设备,到手机上的 RF 功率放大器,以及为所有电子元件供应电力的功率元件,都将因化合物半导体的普遍运用,在性能上出现重大突破。 5G 通讯频率高,能源效率更显重要 台达电资通讯基础设施事业群技术长蔡文荫就指出,在万物联网的未来,资料中心需处理的资料量将呈现爆发式成长,连带使得资料中心对电源、冷却设备的需求增加。但在此同时,客户也会对能源效率有更严格的要求。因为能源效率即便只是增加 1%,都能为客户创造出可观的节能效益。 联发科技处长梁正柏则从终端装置的角度出发,分享 5G 通讯在功率方面所面临的挑战。梁正柏指出,即便在 Sub 6GHz 频段,5G 所使用的通讯频率也高于 4G。光是在 RF 前端,讯号损失就会增加 1~2dB;再加上手机内部能留给天线的空间越来越小,5G 手机天线的性能,通常会减少 0.5~1.5dB。 EFFECT PHOTONICS 技术长 Tim Koene 表示,提到光电积体电路,业界普遍想到的都是硅光子(Silicon Photonic),并认为硅光子将在成本上拥有压倒性优势,其他基于化合物半导体的光电积体电路很难与之竞争。 以耐受电压与输出功率为界,SiC、GaN 各有其优势场域 Yole Développement 电源与无线部门总监 Claire Troadec 表示,电源芯片产业大约每 20 年会有一次革命性突破,GaN on Si 与 SiC 将是引领这波新革命的要角。但由于材料特性不同,这两种元件适合的应用市场也有所区隔。一般来说,以耐受电压 600~650 伏特为界,高于此一区间的应用会以 SiC 为主;低于此一区间的市场则会是 GaN 的主战场。 就个别应用来说,SiC 最重要的应用会是电动车、轨道运输与电动车充电站;GaN 最重要的应用则是消费性电源,其次是电动车与不断电系统(UPS)等。 干坤科技技术长詹益仁认为,GaN 在电源领域的应用潜力自 2010 年开始受到关注,当时业界对其发展前景相当看好,投入的厂商也不少。但由于 GaN 与硅的特性不同,操作方式也不一样,因此在商品化初期遇到相当多问题,发展并不如预期顺利。直到最近一两年,GaN 在技术上才真的达到成熟阶段,可以大量商品化。 GaN Systems 亚洲区总经理 Stephen Coates 则指出,以 GaN 材料制作的功率电晶体,经过多年发展,生态系统已经渐趋成熟。不仅市场上已有相当多标准产品,价格也十分具有竞争力。以往客户最有疑虑的元件可靠度问题,现在也已不成问题。除了消费性电源之外,GaN Systems 也有服务器、工业设备、能源储存等领域的客户,推出采用 GaN 功率元件的应用产品;汽车 Tier 1 客户则正在设计导入阶段。这些对元件品质、可靠度要求极为严谨的垂直产业开始采用,是 GaN 元件可靠度已经不成问题的最佳证明。 产品线横跨 GaN 与 SiC 的意法半导体(ST)则认为,两种产品虽然有应用重叠之处,但由于技术特性的差异,会自然形成产品区隔。意法策略行销经理 Filippo Di Giovanni 指出,GaN 与 SiC 应用重叠的地方,落在输出功率 1~30kW 之间的应用,低于  1kW 的应用,GaN 有明显的优势,高于 30kW 的应用,则应该采用 SiC。 检测、蚀刻、封装陆续到位,宽能隙元件起飞可期 日月光处长邱基综就指出,过去几十年来,电源芯片的封装一直在追求微型化、更好的散热性能与更好的电气特性,所用到的封装技术也日益复杂。早年的电源芯片几乎都使用打线封装,但近年来采用覆晶封装的电源芯片已越来越常见。 而为了进一步在单一封装体内实现更高的整合度,很多芯片商已经发展出将主被动元件整合在同一个基板上的封装技术,推出外观看似芯片,实为电源模组(Module)的产品。 在检测部分,科磊(KLA)区域产品行销经理周发业表示,就 SiC 而言,最关键的是晶圆投片生产前的瑕疵检测,因为 SiC 晶圆出现缺陷的机率较高,因此在生产前的晶圆缺陷检测十分关键。GaN 元件的状况则正好相反,GaN 元件最棘手的地方在于,蚀刻制程不能对 GaN 的结构造成损伤,否则会对元件可靠度造成负面影响。因此,针对 GaN 元件,检测重点在蚀刻加工后的检测。 至于在蚀刻部分,住程科技(SPTS)系统副总裁 Dave Thomas 认为,SiC 蚀刻最具挑战性的地方在于如何加快蚀刻的速度,以及加工的终点侦测。由于 SiC 的硬度相当高,要对此材料进行快速蚀刻是比较困难的。另外,因为 SiC 元件的电晶体未来都会采用沟槽式结构,这意味着加工的终点会在盲区,要透过终点侦测把蚀刻深度控制得恰到好处,也是相对挑战的任务。 而在 GaN 的蚀刻方面,诚如周发业所言,GaN 层对蚀刻制程所造成的损伤相当敏感,故在蚀刻过程中,必须放慢速度,小心翼翼地进行。目前 SPTS 已经能做到将反应炉控制在电浆即将消失的极限条件,藉此把蚀刻速度放到最慢,以尽可能避免对元件结构造成损伤。 END 来源:化合物半导体市场 版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。 ▍ 推荐阅读 资深工程师分享7种常见二极管应用电路解析 34个动控制原理图,老电工看了都说好! 学EMC避不开的10大经典问题 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2021-02-20 关键词: 氮化镓 碳化硅

  • 宽禁带生态系统:碳化硅功率MOSFET模型的部分特性

    宽禁带材料实现了较当前硅基技术的飞跃。它们的大带隙导致较高的介电击穿,从而降低了导通电阻(RSP)。更高的电子饱和速度支持高频设计和工作,降低的漏电流和更好的导热性有助于高温下的工作。 安森美半导体提供围绕宽禁带方案的独一无二的生态系统,包含从旨在提高强固性和速度的碳化硅(SiC)二极管、SiCMOSFET到SiCMOSFET的高端IC门极驱动器。除了硬件以外,我们还提供spice物理模型,帮助设计人员在仿真中实现其应用性能,缩短昂贵的测试周期。 我们的预测性离散建模可以进行系统级仿真,其中可以针对系统级性能指标(例如效率)进行优化,而不局限于优化元器件级性能指标,例如RDS(on)。此外,设计人员可以放心地模拟数据表中未涵盖的工作条件,例如开关应用的变化温度、总线电压、负载电流和输入门极电阻。 为满足这些需求,模型必须是基于物理规律的、直观的、可预测的,最重要的是精确的。 在IC行业中,追溯到几十年前,采用SPICE模型的支持CAD设计的环境对于IC设计人员准确预测电路性能至关重要。通过首次正确设计缩短生产周期。迄今为止,由于缺乏可靠的SPICE模型,电力电子CAD环境远远落后于IC行业。电力电子器件模型基于简单的子电路和复杂的非物理行为模型。仿真最终不可靠。 图1 简单的子电路过于基础简单,不足以充分利用所有器件性能。在图1中,我们显示了一个CRSS图,将典型的简单模型(蓝色)与更先进的物理模型(绿色)和测量数据(红色)进行了比较。显然,您可以看到简单模型无法捕获非线性电容效应,最终导致不准确的动态开关仿真。 众所周知,更准确、更复杂的行为模型会导致收敛问题。此外,此类模型通常以专有的仿真器行为语言(例如MAST™)编写,因此无法跨多个仿真器平台。 通常,电力电子模型既不是基于工艺技术和布局的,也不具有芯片平面布局的可扩展性。 我们以物理可扩展模型开发了一个适用于整个技术平台的模型。这就是说,它不是包含经验拟合参数的单个模型的库,最终曲线适合所有产品。只需输入给定产品的芯片平面布局参数,通过芯片扩展,我们就可以使技术迅速发展。 在下一级水平,模型中基于物理学的工艺依赖性使我们能够预测新的虚拟技术变化带来的影响。显然,早期设计有助于从应用角度带动技术要求,并加快产品上市时间。一方面,工艺和器件设计工程师使用限定的元器件仿真,也称为TCAD。另一方面,应用和系统级设计人员使用基于SPICE的仿真环境。基于工艺参数的spice模型有助于这两方面的融合。 现在,我们介绍一下碳化硅功率MOSFET模型的部分特性。 图2 图3 图2显示了典型的碳化硅MOSFET横截面,图3显示了子电路模型的简化版本。 现在介绍该模型的一些元素。首先,我们谈谈关键通道区域。在这里,我们使用著名的伯克利BSIM3v3模型。我们都尽可能地不做重复工作。在这种情况下,我们尝试建模MOSFET通道,该通道非常适合用BSIM模型进行。该模型是基于物理的,通过亚阈值、弱反演和强反演来准确捕获转换。此外,它具有出色的速度和收敛性,可以广泛用于多个仿真平台。 接下来,我们需要覆盖由EPI区域的多晶硅重叠形成的门极至漏极临界电容CGD。该电容本质上是高度非线性的金属氧化物半导体(MOS)电容器。该电容器的耗尽区由掺杂剖面、P阱dpw之间的距离以及外延层的厚度等工艺参数复杂的依赖性控制。SPICE行为方法实施一种基于物理的模型,并将所有这些影响考虑进去。 图4 如图4所示,从横截面开始,我们想介绍芯片平面图可扩展性背后的一些概念和结构。灰色区域是有源区。蓝色无源区与裸芯边缘(dieedges)、门极焊盘和门极通道(gaterunners)相关。基于物理几何的衍生确定了无源区和有源区之间的分布,这是实现可扩展性所需的。我们非常关注在有源和无源区之间的边界区域中形成的寄生电容。一旦开始忽略布局中的寄生电容,你什么时候才会停止这种错误呢?所有被忽略的电容最终累积起来成为一个麻烦。在这种情况下,就无法实现扩展。而我们的理念是不忽略任何电容器。 碳化硅MOSFET支持非常快的dV/dt,大约每纳秒50至100伏,而dI/dts大约每纳秒3至6安培。器件固有的门极电阻很重要,可以用来抗电磁干扰(EMI)。图4右边的设计具有较少的门极通道,因此RG较高,很好地限制了振铃。图4左边的设计有许多门极通道,因此RG较低。左边的设计适用于快速开关,但每个区域的RDSon也较高,因为门极通道会在有源区侵蚀掉。 图5 现在,我们要谈谈模型验证。我们首先在左侧的图5中显示输出电流-电压特性。该模型准确预测整个偏置范围,包括高门极处的漂移区和漏极偏差。右图中的精确导通仿真突出了模型的连续性,这对于强固的收敛性能很重要。除了线性以外,我们经常查看对数刻度,以发现隐藏的不准确和不连 图6 在图6中,我们显示了在宽温度范围内的当前电压、RDSon和阈值电压的结果。SiCMOSFET器件具有稳定的温度性能,因此非常有吸引力。宽温度范围内的高精度建模使设计人员可以充分利用这种特性。 图7 前面我们介绍了对复杂器件电容的物理建模。图7显示了结果。在左侧,CRSS(或CGD)仿真跟踪数据在2个数量级以上的多次变化,仅在对数刻度上可见。 图8 开关结果具有精确建模的固有电容和器件布局寄生效应,如图8所示,无需额外调整模型。这种水平的保真度使应用设计人员有信心精确地仿真器件电路的相互影响,例如dV/dt、dI/dt、开关损耗和EMI。门极驱动器和电源环路的相互作用可以被更进一步地研究和优化。 对我们来说,满足客户各种不同的仿真平台要求非常重要。因此,SPICE方法至关重要。SPICE不局限于某个专用平台或系统,我们仅使用行业标准仿真软件中的最小公分母结构,从而避免依赖于仿真器的专有方案。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2021-01-21 关键词: MOSFET 宽禁带 碳化硅

  • 基本半导体完成数亿元B轮融资,打造行业领先的碳化硅IDM企业

    基本半导体完成数亿元B轮融资,打造行业领先的碳化硅IDM企业

    2020年12月31日,致力于碳化硅功率器件研发及产业化的国内第三代半导体行业领军企业基本半导体宣布完成数亿元人民币B轮融资,由闻泰科技领投,深圳市投控资本、民和资本、屹唐长厚、四海新材料等机构跟投,原股东力合资本追加投资。 据透露,本轮融资基于基本半导体发展战略规划,引入了对第三代半导体的研发、制造和市场环节具有重要价值的战略投资方。所融资金将主要用于加强碳化硅器件的核心技术研发、重点市场拓展和制造基地建设,特别是车规级碳化硅功率模块的研发和量产。 基本半导体成立于2016年,核心研发团队成员包括来自清华大学、剑桥大学、瑞典皇家理工学院、中国科学院等国内外知名高校和研究机构的十多位博士,覆盖碳化硅功率器件的材料制备、芯片设计、晶圆制造、器件封测、驱动应用等产业链关键环节。公司当前核心产品包括碳化硅肖特基二极管、碳化硅MOSFET、车规级全碳化硅功率模块、功率器件驱动器等,产品性能达到国际先进水平。 以碳化硅为代表的第三代半导体材料具备耐高温、耐高压、高频率、大功率、抗辐射等优异特性,备受行业关注,市场前景十分广阔。据国家新材料产业发展专家咨询委员会委员介绍,国家2030计划和“十四五”国家研发计划均已明确第三代半导体为重要发展方向。而国家“新基建”战略覆盖的5G基建、特高压、城际高铁和城际轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、工业互联网都是碳化硅的重要应用领域。 虽然碳化硅产业发展前景可观,但当前碳化硅产业仍处于发展初期,碳化硅技术还不够成熟,发展之路面临不少阻碍,比如碳化硅材料市场供不应求,晶圆的良率和成本、电气性能和产品性能等存在一些问题。同时,全球新冠疫情和国际贸易冲突也给第三代半导体产业供应链带来了巨大冲击。 从国内市场来看,进口品牌凭借先发优势,垄断了国内碳化硅功率器件大部分市场。近些年国产品牌逐步崛起,基本半导体凭借技术优势及产业布局,依靠持续的研发投入和产品迭代,不断提升产品性能,其碳化硅功率器件技术在国内处于领先地位。 基本半导体碳化硅MOSFET在国内率先通过工业级可靠性测试,量产时间已超两年。2020年推出的第二代高性能碳化硅肖特基二极管芯片、DFN8*8封装和内绝缘型碳化硅肖特基二极管产品,贴近市场应用需求,可帮助客户缩短产品开发周期、提升系统效率、增强产品核心竞争力。 新能源汽车是碳化硅功率器件未来最为重要的市场之一。针对该领域,基本半导体推出多种封装的1200V/3mΩ汽车级全碳化硅模块及相应的驱动器。多款碳化硅功率器件已顺利通过了国家新能源汽车技术创新中心“国产自主车规半导体测试认证”项目的吐鲁番极限高温测试及海拉尔极限低温测试。 “产品的质量及可靠性一直是基本半导体重点关注的问题。”基本半导总经理和巍巍博士介绍到,目前公司碳化硅肖特基二极管产品已通过AEC-Q101汽车电子可靠性认证。其 全系碳化硅分立器件、模块产品分别依据AEC-Q101、AQG-324标准进行可靠性测试,产品从设计到验证遵循汽车行业标准,打造车规级质量水平。 通过不断完善碳化硅芯片设计、晶圆制造、器件封测的产业链布局,基本半导体逐步形成国内、国外两条完整产业链的双循环模式,实现对关键环节的自主可控,有效降低生产成本、提高产品性能、保障供应链安全。公司主要面向B端用户,直销与经销相结合,已在新能源汽车、新能源发电、高效电源、轨道交通等领域与众多行业标杆客户展开合作,产品销量增长迅猛,市场份额持续提升。 2020年底,基本半导体位于深圳坪山的第三代半导体产业基地开工建设,预计2022年投产,是深圳市2020年重大项目之一;南京制造基地已于2020年3月开工建设,预计2021年投产,主要进行碳化硅外延片的工艺研发和制造;位于日本名古屋的车规级碳化硅功率模块研发中心也已开始运营。 对于未来发展,和巍巍表示:基本半导体将继续吸纳优秀人才,加大研发投入,完善产品体系,加速产业链布局,推动国产碳化硅功率器件在各行业的广泛应用。基本半导体将以更积极的发展战略迈向新征程,全力打造行业领先的碳化硅IDM企业。

    时间:2021-01-06 关键词: 基本半导体 IDM 碳化硅

  • 台积电想再称霸20年,就得靠这种新材料!

    台积电想再称霸20年,就得靠这种新材料!

    第三代半导体虽然发展已经有一段时间,不过,其实今年以来,才逐渐开始广为人知,尤其是中国大陆在今年发布的「十四五规划」,将第三代半导体纳入其中,再度引起市场对第三代半导体的关注。 第三代半导体材料的碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN),与第一代半导体材料的硅(Si)、第二代半导体材料的砷化镓(GaAs)相比,有着尺寸小、效率高、散热迅速等特性。适合应用于5G基站、加速快充以及电动车充电桩等相关产品领域,也是目前为止,技术已经足以应用商业化的产品。 国际各大厂科锐(Cree)、英飞凌(Infineon),以及罗姆(ROHM)已进入量产碳化硅的阶段。过去3年来,碳化硅、氮化镓等化合物成本,已下降20%至25%,将有利于终端产品导入第三代半导体的比率逐渐增加。   至于中国台湾,汉磊是台厂当中,在碳化硅、氮化镓领域,着墨最深的指标大厂。 6吋碳化硅已在试产 汉磊、嘉晶明年出货看俏 今年6月,汉磊与旗下子公司嘉晶在碳化硅、氮化镓领域,已开始加速布建产能,瞄准市场对于第三代半导体的需求,6吋碳化硅晶圆已在试产阶段,客户端对于电动车需求最大。汉磊在第三季法说会上表示,下半年只要通过客户验证,对于明年出货量、营收的贡献,有望较今年成长。   尤其是最近热门的电动车族群,是第三代半导体瞄准的重要领域。汉磊的650伏特高压氮化镓已经通过电动车的车用标准认证,并且开始逐渐导入,在电动车无法阻挡的趋势下,可以看到第三代半导体在充电领域展现的效益。 除了汉磊,上游晶圆厂中美晶8月投资35亿元,入主砷化镓晶圆代工厂宏捷科,投入氮化镓的制程开发,有望能达成上下游互补效应,取得综效,未来在半导体化合物的市场中,发展潜力值得关注。 想将氮化镓应用在5G基站,就必须从基站的功率放大器(PA)切入。宏远投顾分析师翁浩轩指出,在现行PA市场,仍使用材料为硅的「横向扩散金属氧化物半导体技术」(LDMOS),由于LDMOS仅适用低频段,5G使用的3.5GHz高频段,已触碰到LDMOS制程的天花板。   随着5G朝向更高频段发展下,目前只有第三代半导体材料氮化镓可满足高频、低噪声、高功率、耐高压及低耗电需求,自然也成为未来5G基站的主要材料。 全新已经通过高通第二代5G功率放大器的认证,今年第四季已经开始出货,只要高通的第二代5G销售反应不错,全新将可以跟着受惠,成为明年重要的营收动能。加上明年还有5G手机放量成长和Wi-Fi 6渗透率提升的趋势,对于功率放大器的需求量只增不减,明年获利成长势头看好。   由于氮化镓组件目前单价还是偏高,氮化镓组件应用在电信设备基站渗透率约仅3成。不过,根据工研院预测,只要未来需求量提高,价格应该能持续压低,到2025年渗透率可达近5成。 轻巧、高效、低发热 氮化镓带动无源器件需求 至于将氮化镓导入消费性电子领域,则是来自于射频组件(RF)领域的高速成长。市场调研机构Yole Développement 预估,氮化镓在射频组件渗透率年成长率高达7成以上。 以iPhone为例,据市场研调机构TechInsights分析,射频组件占iPhone总成本的金额,从11 Pro的33美元,成长到12 Pro的44.5美元,涨幅超过3分之1,是所有iPhone零组件当中,成长比率最高的组件。 除了5G基站之外,最早导入氮化镓的是消费性快速充电零组件,由于氮化镓小巧、高效能、低发热的特点,电源内部设计空间因此增加,也会导致整体规格产生质变,同步带动大功率无源器件需求,以因应大功率充电趋势,原本尺寸小的电解电容,有可能将会转换为稍大尺寸的多层陶瓷电容(MLCC)。 国宏团旗下无源器件厂凯美产品应用在变压器约达四成,搭配5G手机快速充电使用的变压器,已经接到中系手机订单,预计明年开始放量出货。 导入第三代半导体,将会是从上游金属原料、金属化合物到零组件的变革,中国台湾虽然在半导体累积了先进制程的技术,不过,若想要更上一层楼,还是需要第三代半导体的材料技术。 可预见的是,第三代半导体的相关厂商数量、能见度也会逐渐提高。 来源:今周刊 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-12-08 关键词: 半导体 碳化硅

  • 国内首家!打通碳化硅全产业链,三安集成完成量产平台打造

    国内首家!打通碳化硅全产业链,三安集成完成量产平台打造

    中国化合物半导体全产业链制造平台——三安集成日前宣布,已经完成碳化硅MOSFET器件量产平台的打造。首发1200V 80mΩ产品已完成研发并通过一系列产品性能和可靠性测试,其可广泛适用于光伏逆变器、开关电源、脉冲电源、高压DC/DC、新能源充电和电机驱动等应用领域,有助于减小系统体积,降低系统功耗,提升电源系统功率密度。目前多家客户处于样品测试阶段。 随着中国“十四五”规划浮出水面,第三代半导体项目投资升温加剧。据不完全统计,2020年有8家企业计划投资总计超过430亿元,碳化硅、氮化镓材料半导体建设项目出现“井喷”。三安集成表示,“良性竞争有助于产业链上下游协同发展,我们会加快新产品的推出速度和产能建设,以便保持先发优势。”据悉,三安集成碳化硅肖特基二极管于2018年上市后,已完成了从650V到1700V的产品线布局,并累计出货达百余万颗,器件的高可靠性获得客户一致好评。 本次推出的1200V80mΩ碳化硅MOSFET,与传统的硅基IGBT功率器件相比,宽禁带碳化硅材料拥有“更高、更快、更强”的特性——更高的耐压和耐热、更快的开关频率,更低的开关损耗。优异的高温和高压特性使得碳化硅MOSFET在大功率应用中表现出色,尤其是高压应用中,在相同的功率下,碳化硅MOSFET自身器件损耗小,极大减小了器件的散热需求,使系统朝着小型化,轻量化,集成化的方向发展。这对“寸土寸金”的电源系统来说至关重要,比如新能源车载充电器OBC、服务器电源等。 从碳化硅肖特基二极管到MOSFET,三安集成在3年时间内便完成了碳化硅器件产品线布局。在保证器件性能的前提下,提供高质量高可靠性的碳化硅产品。首款工业级碳化硅MOSFET采用平面型设计,具备优异的体二极管能力,高温直流特性,以及优良的阈值电压稳定性。 更强的体二极管能力 由于器件结构的原因,碳化硅MOSFET的体二极管是PiN二极管,器件的开启电压高,损耗大。在实际使用中,往往会通过并联肖特基二极管作续流,减小系统损耗。三安集成的碳化硅MOSFET通过优化器件结构和布局,大大增强碳化硅体二极管的通流能力,不需要额外并联二极管,降低系统成本,减小系统体积。 优良的阈值电压稳定性 如何能够得到优质的碳化硅栅氧结构是目前业界普遍的难题。栅氧质量不仅会影响MOSFET的沟道通流能力,造成阈值漂移现象,严重时会导致可靠性的失效。三安集成通过反复试验和优化栅氧条件,阈值电压的稳定性得到明显提高,1000hr的阈值漂移在0.2V以内。 21IC家注意到,相比传统的硅器件,碳化硅固有的性能优势使得在高性能、高效率的应用领域出现巨大市场需求,目前行业内碳化硅MOSFET缺货声音不断,三安集成此次完成碳化硅MOSFET器件量产平台的打造,势必加速碳化硅器件产能扩张,助推碳化硅在更多领域的应用扩展。

    时间:2020-12-04 关键词: 三安集成 碳化硅

  • SiC取代Si器件的道路上,最大的挑战已被攻克

    SiC取代Si器件的道路上,最大的挑战已被攻克

    作为第三代半导体,SiC凭借着多方面更优异的性能正在向更多应用领域扩展,但不容回避,成本、易用性方面,传统的SiC器件在某些方面仍然稍逊于硅器件,这也让碳化硅器件取代硅器件的发展之路面临挑战。 日前,领先的碳化硅(SiC)功率半导体制造商UnitedSiC(联合碳化硅)公司,推出了基于其第四代SiC FET先进技术平台的四款器件。该产品的性能取得了突破性发展,很好地解决了易用性、成本这个工程师面临的最大挑战,旨在加速碳化硅这种宽带隙器件在汽车充电、工业充电、电信整流器、数据中心PFC直流转换、可再生能源和储能应用中的广泛应用。 作为目前市场上首批750V SiC FET,UnitedSiC公司这四款第四代器件基于领先的品质因数(FoM)实现了新的性能水平,从而使汽车、工业充电、电信整流器、数据中心功率因数校正(PFC)和 DC-DC转换以及可再生能源和储能领域的电源应用都能够从中受益。 这四款新型SiC FET包含18 mΩ和60mΩ两种方案,具有出色的FoM,并且其单位面积通态电阻更低,本征电容也很低。在硬开关应用中,第四代FET实现了极低的RDS(on)×EOSS(mΩ·μJ),因此其导通损耗和关断损耗都得到降低。在软开关应用中,其低RDS(on)×Coss(tr)(mΩ·nF)规格则可实现更低的传导损耗和更高的频率。这些器件不仅超越了现有SiC MOSFET竞争产品的性能(无论是在25℃低温还是125℃高温下工作),而且还提供了极低的体二极管VF,并具有出色的反向恢复特性,从而降低了死区损耗并提高了效率。 UnitedSiC公司FAE经理Richard Chen告诉21ic电子网记者,目前市场上同类的SiC MOSFET 电压一般为650V,或650V以下,对于电动汽车等领域要求的400/500V总线电压应用,750V的碳化硅MOSFET能为设计人员提供更多的裕量并减少其设计约束。 另外,市场上已有的SiC MOSFET对驱动电压的要求也有别于以前的硅器件,这让工程师在从原来的硅器件转向碳化硅FET时,不得不去重新设计,以便采用新的驱动电路。 Richard Chen告诉21ic电子网记者,UnitedSiC的第四代SiC FET的所有器件都可以用0至+12V栅极电压驱动,与之前的硅器件完全一样,因此,工程师可以将它们与现有的SiC MOSFET、Si IGBT和Si MOSFET栅极驱动器一起使用,大大简化了他们的设计工作。 UnitedSiC公司负责亚太区销售的VP Liu Luwei告诉21ic电子网记者,虽然是成立不久的新公司,但UnitedSiC公司的业务发展迅猛,年增长率高达20-30%的双位数,远高于硅器件的平均年增长率。 从DC-DC转换和车载充电到功率因数校正和太阳能逆变器,这些领域都是UnitedSiC的应用领域。Liu Luwei透露,在效率和性能要求更高、同时成本不敏感的应用上,例如:车载、快充领域,SiC MOSFET正在逐渐取代硅器件。 Liu Luwei表示,早在2016年,UnitedSiC就开始与中国的客户合作,合作项目覆盖了几乎所有领域,包括电动汽车的OBC、DC/DC,驱动,快速充电桩,电信电源,服务器电源,太阳能,储能以及高压断路器。 为了更好的为国内用户提供全方面的支持,很快的, UnitedSiC将会在深圳成立应用实验室,进一步优化对客户的支持。

    时间:2020-11-25 关键词: 半导体 SiC 碳化硅

  • 最全!解析碳化硅外延材料产业链

    最全!解析碳化硅外延材料产业链

    与传统硅功率器件制作工艺不同的是,碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅单晶材料上,必须在导通型单晶衬底上额外生长高质量的外延材料,并在外延层上制造各类器件。 碳化硅一般采用PVT方法,温度高达2000多度,且加工周期比较长,产出比较低,因而碳化硅衬底的成本是非常高的。 碳化硅外延过程和硅基本上差不多,在温度设计以及设备的结构设计不太一样。 在器件制备方面,由于材料的特殊性,器件过程的加工和硅不同的是,采用了高温的工艺,包括高温离子注入、高温氧化以及高温退火工艺。 外延工艺是整个产业中的一种非常关键的工艺,由于现在所有的器件基本上都是在外延上实现,所以外延的质量对器件的性能是影响是非常大的,但是外延的质量它又受到晶体和衬底加工的影响,处在一个产业的中间环节,对产业的发展起到非常关键的作用。 SiC外延片是SiC产业链条核心的中间环节 目前碳化硅和氮化镓这两种芯片,如果想最大程度利用其材料本身的特性,较为理想的方案便是在碳化硅单晶衬底上生长外延层。 碳化硅外延片,是指在碳化硅衬底上生长了一层有一定要求的、与衬底晶相同的单晶薄膜(外延层)的碳化硅片。实际应用中,宽禁带半导体器件几乎都做在外延层上,碳化硅晶片本身只作为衬底,包括GaN外延层的衬底。 我国SiC外延材料研发工作开发于“九五计划”,材料生长技术及器件研究均取得较大进展。主要研究单位有中科院半导体研究所、中电集团13所和55所、西安电子科技大学等,产业化公司主要是东莞天域和厦门瀚天天成。目前我国已研制成功6英寸SiC外延晶片,且基本实现商业化。可以满足3.3kV及以下电压等级SiC电力电子器件的研制。不过,还不能满足研制10kV及以上电压等级器件和研制双极型器件的需求。 碳化硅材料的特性从三个维度展开: 1.材料的性能,即物理性能:禁带宽度大、饱和电子飘移速度高、存在高速二维电子气、击穿场强高。这些材料特性将会影响到后面器件的性能。 2. 器件性能:耐高温、开关速度快、导通电阻低、耐高压。优于普通硅材料的特性。反映在电子电气系统和器件产品中。 3. 系统性能:体积小、重量轻、高能效、驱动力强。 碳化硅的耐高压能力是硅的10 倍,耐高温能力是硅的2 倍,高频能力是硅的2 倍;相同电气参数产品,采用碳化硅材料可缩小体积50%,降低能量损耗80%。 这也是为什么半导体巨头在碳化硅的研发上不断加码的原因:希望把器件体积做得越来越小、能量密度越来越大。 硅材料随着电压的升高,高频性能和能量密度不断在下降,和碳化硅、氮化镓相比优势越来越小。 碳化硅主要运用在高压环境,氮化镓主要集中在中低压的领域。造成两者重点发展的方向有重叠、但各有各的路线。通常以650V 作为一个界限:650V以上通常是碳化硅材料的应用,650V 以下比如一些消费类电子上氮化镓的优势更加明显。 SiC外延片关键参数 碳化硅外延材料的最基本的参数,也是最关键的参数,就右下角黄色的这一块,它的厚度和掺杂浓度均匀性。 我们所讲外延的参数其实主要取决于器件的设计,比如说根据器件的电压档级的不同,外延的参数也不同。 一般低压在600伏,我们需要的外延的厚度可能就是6个μm左右,中压1200~1700,我们需要的厚度就是10~15个μm。高压的话1万伏以上,可能就需要100个μm以上。所以随着电压能力的增加,外延厚度随之增加,高质量外延片的制备也就非常难,尤其在高压领域,尤其重要的就是缺陷的控制,其实也是非常大的一个挑战。 SiC外延片制备技术 碳化硅外延两大主要技术发展,应用在设备上 1980年提出的台阶流生长模型 此对外延的发展、对外延的质量都起到了非常重要的作用。它的出现首先是生长温度,可以在相对低的温度下实现生长,同时对于我们功率器件感兴趣的4H晶型来说,可以实现非常稳定的控制。 引入TCS,实现生长速率的提升 引入TCS可以实现生长速率达到传统的生长速率10倍以上,它的引入不光是生产速率得到提升,同时也是质量得到大大的控制,尤其是对于硅滴的控制,所以说对于厚膜外延生长来说是非常有利的。这个技术率先由LPE在14年实现商业化,在17年左右Aixtron对设备进行了升级改造,将这个技术移植到了商业的设备中。 碳化硅外延中的缺陷其实有很多,因为晶体的不同所以它的缺陷和其它一些晶体的也不太一样。他的缺陷主要包括微管、三角形缺陷、表面的胡萝卜缺陷,还有一些特有的如台阶聚集。 基本上很多缺陷都是从衬底中直接复制过来的,所以说衬底的质量、加工的水平对于外延的生长来说,尤其是缺陷的控制是非常重要的。 碳化硅外延缺陷一般分为致命性和非致命性: 致命性缺陷像三角形缺陷,滴落物,对所有的器件类型都有影响,包括二极管,MOSFET,双极性器件,影响最大的就是击穿电压,它可以使击穿电压减少20%,甚至跌到百分之90。 非致命性的缺陷比如说一些TSD和TED,对这个二极管可能就没有影响,对MOS、双极器件可能就有寿命的影响,或者有一些漏电的影响,最终会使器件的加工合格率受到影响。 控制碳化硅外延缺陷,方法一是谨慎选择碳化硅衬底材料;二是设备选择及国产化;三是工艺技术。 碳化硅外延技术进展情况: 在低、中压领域,目前外延片核心参数厚度、掺杂浓度可以做到相对较优的水平。 但在高压领域,目前外延片需要攻克的难关还很多,主要参数指标包括厚度、掺杂浓度的均匀性、三角缺陷等。 在中、低压应用领域,碳化硅外延的技术相对是比较成熟的。 基本上可以满足低中压的SBD、JBS、MOS等器件的需求。如上是一个1200伏器件应用的10μm的外延片,它的厚度、掺杂浓度了都达到了一个非常优的水平,而且表面缺陷也是非常好的,可以达到0.5平方以下。 在高压领域外延的技术发展相对比较滞后,如上是2万伏的器件上的200μm的一个碳化硅外延材料,它的均匀性、厚度和浓度相对于上述介绍的低压差很多,尤其是掺杂浓度的均匀性。 同时,高压器件需要的厚膜方面,目前的缺陷还是比较多的,尤其是三角形缺陷,缺陷多主要影响大电流的器件制备。大电流需要大的芯片面积。同时它的少子寿命目前也比较低。 在高压方面的话,器件的类型趋向于使用于双极器件,对少子寿命要求比较高,从右面这个图我们可以看到,要达到一个理想的正向电流它的少子寿命至少要达到5μs以上,目前的外延片的少子寿命的参数大概在1~2个μs左右,所以说还对高压器件的需求目前来说还没法满足,还需要后处理技术。 SiC外延片制备设备情况 碳化硅外延材料的主要设备,目前这个市场上主要有四家: 1、德国的Aixtron:特点是产能比较大; 2、意大利的LPE,属于单片机,生长速率非常大。 3、日本的TEL和Nuflare,其设备的价格非常昂贵,其次是双腔体,对提高产量有一定的作用。其中,Nuflare是最近几年推出来的一个非常有特点的设备,其能高速旋转,可以达到一分钟1000转,这对外延的均匀性是非常有利的。同时它的气流方向不同于其他设备,是垂直向下的,所以它可以避免一些颗粒物的产生,减少滴落到片子上的概率。 行业格局 在全球市场中,外延片企业主要有 DowCorning、II-VI、Norstel、Cree、罗姆、三菱电机、Infineon 等,多数是IDM公司。日本也存在比较优越的碳化硅外延的供应商,比如说昭和电工,但它已经不是一个纯粹的做碳化硅外延的,因为他在前几年也收购了日本的新日铁,开始涉及到了碳化硅单晶的制备。 全球业内的龙头Cree旗下Wolfspeed,是IDM公司,除了对外提供衬底片和外延片,还做器件、模块。Cree 占据衬底市场约 40%份额、器件市场约 23%份额。 在大陆市场,纯粹做外延片的有:瀚天天成(EpiWorld)和东莞天域半导体均可供应 4-6 英寸外延片,中电科 13 所、55 所亦均有内部供应的外延片生产部门。台湾地去有嘉晶电子。 ► 北方华创介绍了公司为化合物半导体生产开发的相关刻蚀机等设备。公司表示在化合物半导体SiC/GaN 的刻蚀中存在诸多挑战,包括刻蚀的宽纵比、特殊的刻蚀轮廓的控制、刻蚀的选择性以及过高/过低的刻蚀速率。公司的干法刻蚀解决方案在这些要求中展现了卓越的表现和良率。 ► 能讯半导体率先在国内开展了GaN 材料与器件的研发与产业化,公司拥有先进的GaN-on-Si 以及GaN-on-SiC 外延工艺,可以满足微波功率器件及电力电子器件的应用需求。在制造方面,公司有用亚微米栅极技术、钝化层技术、衬底减薄VIA 通孔技术等。公司目前在昆山拥有6,000/年3” GaN 晶圆片的产能。 ► 中车时代电气为中国中车子公司,在功率半导体方面处于国内领先水平。半导体相关器件主要用途为轨道交通、输变电及新能源领域。2018 年1 月实现国内首条6” SiC芯片生产线技术调试完成,2 月产线已正式开始流片。该项目总投资为3.5 亿元,可实现4”及6” SiC SBD、PiN、MOSFET 等器件的研发和制造。 应用领域 从终端应用层上来看在碳化硅材料在高铁、汽车电子、智能电网、光伏逆变、工业机电、数据中心、白色家电、消费电子、5G通信、次世代显示等领域有着广泛的应用,市场潜力巨大。 在应用上,分为低压、中压和高压领域 在低压领域:主要是针对一些消费电子,比如说PFC、电源;举例子:小米和华为推出来快速充电器,所采用的器件就是氮化镓器件。 在中压领域:主要是汽车电子和3300V以上的轨道交通和电网系统。举例子:特斯拉是使用碳化硅器件最早的一个汽车制造商,使用的型号是model3。 在中低压领域,碳化硅和氮化镓为竞争关系,更倾向于氮化镓。在中低压碳化硅已经有非常成熟的二极管和MOSFET产品在市场当中推广应用。 在高压领域:碳化硅有着独一无二的优势。但迄今为止,在高压领域现在还没有一个成熟的产品的推出,全球都在处于研发的阶段。 电动车是碳化硅的最佳应用场景 丰田的电驱动模块(电动车的核心部件),碳化硅的器件比硅基IGBT 的体积缩小了50%甚至更多,同时能量密度也比硅基IGBT 高很多。这也是很多厂商倾向于使用碳化硅的原因,可以优化零部件在车上的布置,节省更多的空间。 特斯拉Model 3 电驱动模块:采用24 颗意法半导体碳化硅器件,丰田也计划2020年推出搭载碳化硅器件的电动车,丰田作为日系厂商较为倾向于日系的供应商,目前是三菱或富士在争取这些业务和丰田开展合作。 来源:第三代半导体联合创新孵化中心 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-11-25 关键词: 半导体 碳化硅

  • 碳化硅功率模块及电控的设计、测试与系统评估

    碳化硅功率模块及电控的设计、测试与系统评估

    前言:臻驱科技(上海)有限公司(以下简称“臻驱科技”)是一家以研发、生产和销售新能源车动力总成及其功率半导体模块为核心业务的高科技公司。2019年底,臻驱科技与日本罗姆半导体公司成立了联合实验室,并签订战略合作协议,合作内容包含了基于某些客户的需求,进行基于罗姆碳化硅芯片的功率半导体模块,及对应电机控制器的开发。本文即介绍臻驱对碳化硅功率模块的开发、测试及系统评估。 Introduction 碳化硅功率半导体近年来在能源转换应用中正在成为一个热门的话题:由于材料属性,使得它具有比硅基半导体器件更高的最大结温、更小的损耗,以及更小的材料热阻系数等。 因此,很多人宣称,当碳化硅功率器件应用于能源转换后,变频器系统将有更高的功率密度、更小的体积、更高的允许工作温度,以及更低的损耗,从而给应用系统带来更大优势。 臻驱科技计划将碳化硅芯片封装至功率模块,并应用于新能源车的电机驱动器中(以下简称“电控”),用于取代其现有的硅基IGBT功率模块(峰值功率约为150 kW)。 进行开发之前,应用者需要进行评估,哪些碳化硅的特性能给主驱应用带来最大的价值。例如,对于此类DC-AC的拓扑结构,碳化硅技术的导入对于电控体积的减小并没有显著的作用,因为电控的体积主要取决于其各子部件的封装技术而功率模块只占其中很小的百分比;另一些人宣称可以利用碳化硅更高工作结温的优势,少安装芯片数量并使其工作在高温,从而降低成本。也许,此特性适用于如地下钻探等环境温度很高的应用,但对于新能源车而言,是否有必要将结温推高而牺牲效率(注:碳化硅在高温下的损耗会显著增加),以及是否因为节省了芯片数量就能节省系统成本,是需要被质疑的。 表1罗姆公司第四代SiC芯片性能概览 在臻驱看来,碳化硅技术应用于主驱电控的主要系统优势,是在于效率的提升,以及峰值输出功率的增加。前者可以提升续航里程或减少电池安装数量,后者可以给整车带来更大的百公里加速度。臻驱第一款开发的是750V的碳化硅模块,针对A级及以上的乘用车型;第二款是1200V碳化硅模块,应用于800V系统的乘用车或商用车。在臻驱开发的碳化硅模块中,臻驱采用的是罗姆最新的第四代750V及1200V芯片,以1200V芯片为例,其综合性能较上一代产品有显著提升,见表1。 本文介绍了该项目的研发过程:包含系统性能评估(top-down flow),用于选择芯片并联数量;碳化硅模块的本体设计,包括封装形式、电磁、热、结构、可制造性等;模块性能测试,对标某知名IGBT功率模块;根据模块的标定结果迭代系统性能评估,包括最大输出功率、高效区并辅以台架实测结果,并展开其对续航里程影响的分析。基于以上结果,本文最后将总结一下关于碳化硅模块应用于主驱设计的方法论。 系统分析 根据罗姆提供的第四代SiC芯片规格书,作者将其相关参数导入至臻驱的系统分析工具——ScanTool中。ScanTool是一种时域-频域混合的稳态仿真工具,主要用于电力电子系统的前期方案设计,可用于计算系统在不同软硬件配置下的功率、效率、输出波形失真、母线电容的电压纹波及电流应力等。ScanTool的计算原理是将时域激励波形转成频域的频谱,同时将负载用频域矩阵的形式表述,两者相乘从而获得频域的响应,再对该频域响应逆变换成时域波形。通过此种方式,该工具的输出波形具有极高的稳态精度,同时又避免了一般的时域仿真工具从初始状态到最终稳态的等待时间,使其仿真时间可以从每个仿真数十分钟缩减至1-2秒。因此ScanTool特别适合动辄需要仿真成百上千种软硬件设计组合的高自由度的电力电子系统的前期设计。一个图像化的原理介绍见图1。 图1Scantool原理框图 一般而言,当人们设计一款基于IGBT芯片的功率模块时,芯片的种类及并联数量的选择依据大多为芯片的结温(或者说是最大结温时能输出的峰值功率)。此项目采用碳化硅芯片,单个面积小、适合多芯片并联,但其价格较IGBT高出不少。另一方面,碳化硅属于单极性器件,因此碳化硅芯片的并联数量越多,其总导通损耗越低,并可因此提高电控的效率。所以,选择芯片并联数量时,除了最高结温限制了最大输出功率,还必须考虑它对于系统层面的优势——如之前所提到过的,即必须考虑综合的效率提升,尤其是如在NEDC、WLTC、CLTC等循环路况下的续航里程的提升,并结合财务回报模型进行综合分析。一种简化的财务模型可以包含使用碳化硅的模块(较IGBT模块)导致的成本差异、电池安装成本减少,以及后续的充电使用成本减少。前两者为初始投资支出(CAPEX),后者为运营支出(OPEX),最终可以折算出获得财务回报的时间点。根据车型与用户使用频次,该盈亏平衡点可以在1-4年之间。由于该系统层面测算模型涉及到很多变量的假设,本文不再赘述。 经过一系列的系统分析,我们验证了芯片并联数量过多,不会对续航里程进一步提升有过多帮助,而只能提升该车的最大加速度;芯片数量过少,貌似模块成本降低,但也可能失去效率/经济优势——尤其是考虑碳化硅芯片的正温度系数后。 基于此结果,作者对选择的芯片数量依据财务模型进行了优化,既能避免无谓的多安装的芯片而导致的成本增加,也避免了芯片并联数量过少而导致的经济优势不再。同时,臻驱碳化硅模块也引入了平台化设计的理念,即当客户对于整车加速性有更高要求的时候(例如对于部分高端车型),模块内部可以根据客户需求而并联更多的芯片,从而提高最大瞬时输出功率,给整车用户提供更大的推背体验。 模块本体设计 当芯片选型与并联数量确定后,我们进入功率半导体模块的本体设计阶段,它一般包含电磁、热、结构与可制造性等内容。需要注意的是,碳化硅的开关速度比硅基的IGBT高很多,所以,一些在IGBT模块中通常并不严苛的指标,会在碳化硅模块的设计中变得十分关键。这些指标包括了各并联碳化硅芯片之间的开关时刻同步性、芯片的瞬态电流电压应力的均衡性、功率链路对于门极的干扰等。其中,前两个指标体现在模块外特性上,它们会决定该模块的极限电压与电流输出能力;功率链路对门极的干扰,是器件在开通关断的瞬间,将电磁能量通过空间耦合到控制链路上,其造成的后果可能是导致门极瞬态电压应力过大导致门极老化加快、寿命减少,严重的可导致功率的误触发,造成模块及系统的损坏。 此外,在臻驱之前的碳化硅功率模块的设计项目中,发现碳化硅模块中较为明显的振荡现象,它是由功率模块的漏感与碳化硅芯片的结电容构成的LC谐振,通常其频率在数十兆赫兹。该振荡会影响到电控系统的电磁兼容表现,并降低碳化硅模块的效率优势,甚至在某些极限工况下,此谐振会进一步恶化,使电压电流幅值超越器件的安全工作区域(SOA)。为了解决这个问题,臻驱开发了一系列设计辅助工具,并基于此优化了模块本体设计,最终将该问题基本解决。图2是两个输出波形的对比。可以看出,在相同的工况下,优化后的模块设计不再有明显的振荡现象。 (a) 改善前 (b) 改善后 图2改善前(上图)与改善后(下图)的关断电压与电流波形 最终,臻驱设计的碳化硅功率模块经过多次迭代,将模块内部多芯片之间的瞬态应力不平衡度降低到了10%以下。根据团队内部进行的竞品对标评估,认为仅此性能就已经做到了业内的顶尖水平。同时,功率链路对于门极的电压毛刺干扰也大大减小;模块开关时刻的高频振荡问题也得到了较好的解决。 碳化硅模块性能对标测试 功率模块的测试包含性能与可靠性测试,而性能测试可以分为用于导通损耗评估的静态测试与用于开关损耗评估的动态测试。后者通常的实现方法是一种称为“双脉冲测试”的方法,它需要对于被测器件施加不同的电压、电流、器件温度,甚至不同的门极驱动电阻,以进行全面测试评估。一个完整的测试DoE表格(DesignofExperiment)可包含数千个工作点。考虑到接着还需要进行大量的测试数据的后处理工作,功率器件的动态测试显然是一个费时费力的任务。因此,很多情况下,用户不得不选择降低测试点密度,即删减DoE表格的长度来缩短测试时间。 臻驱科技开发出了一套高精度、高测试速度的功率模块动态测试标定平台,它基本可以做到“一键”完成数千个工作点的全自动测试,并自动化后做数据的后处理,并半自动地生成标准化的模块测试报告。使用者所需要做的,只是对测试前期硬件进行配置、生成科学的DoE表格,以及对最终的测试报告添加主观评估的内容。对一个有3000多个测试点的模块标定任务,相较于一般的手动/半手动测试系统,该自动化标定平台可以将工作从2个月压缩到2天,且包含了数据后处理及报告生成。图3介绍了该测试平台的核心功能。 (a) 自动化测试界面 (b) 自动化的数据后处理 (c) 半自动化的报告生成 图3 双脉冲测试平台核心功能 本项目中,动态性能的参考对象为一知名的IGBT功率模块。测试结果显示,臻驱开发的碳化硅功率模块在动态性能上全面超越了参考的IGBT功率模块,这包括了开通损耗、关断损耗及体二极管的反向恢复损耗。同时,碳化硅模块在极端温度下也没有出现明显的振荡。 碳化硅电控的效率对标测试 接着,基于碳化硅功率模块及其配套的门极驱动被装入了电机控制器,并匹配一永磁电机进行效率图的标定,其结果用于与基于IGBT功率模块的电控的对标。电控及驱动电机测试系统见图4。 图4SiC电机控制器效率测试 (a) IGBT逆变器效率 (b) SiC逆变器效率 图5IGBT电控与SiC电控实测效率对比 IGBT电控与碳化硅电控的实测效率图与关键参数对比分别见图5与表2。可以看到,采用了碳化硅功率模块的电控无论是在最高效率、最低效率,还是高效区都有了显著的提升。尤其是在低扭矩的轻载情况下,碳化硅的效率优势极为明显。这主要是得益于单极性功率器件在轻载时的导通损耗低,及全区域的开关损耗低的特性。 表2IGBT电控与SiC电控实测效率对比 注:电控实际效率通过功率分析仪测量得出,在极高效率区间由于设备精度限制可能存在一定误差。 功率分析设备采用Yokogawa WT3004E,于逆变器输入输出端口进行效率测量 碳化硅电控的效率仿真验证 此外,我们也将双脉冲测试的数据导入了系统评估工具ScanTool,对效率图进行了仿真计算。需要指出的是,由于碳化硅器件有较明显的正温度系数特性(即损耗随着温度升高而增加),ScanTool中设置了温度迭代功能,即根据前一次仿真结果的器件结温计算该器件在此结温下的损耗,再进行结温复算,直至前后两次计算结果的温度偏差小于1度。可以想象的是,当芯片并联数量过少的时候,由于结温升高会引起器件的损耗增加;反之,芯片并联数量较多时,单个器件的损耗较低,使其工作结温也较低,在此较低的结温下,碳化硅芯片的损耗将进一步减少。可见,具备温度-损耗的迭代功能的ScanTool是保证建模精度的一个关键。 (a) IGBT逆变器效率 (b) SiC逆变器效率 图6基于损耗测试数据的IGBT电控与SiC电控Scantool仿真效率对比 (考虑损耗温度系数) 仿真的结果显示在图6及表3。对照图5和表2的实测结果,我们可以看到,分析工具与实测结果是十分吻合的。两者之间的剩余差异主要体现在低速区,在这个区域内的电控输出功率很低,因此电控内的残余损耗显得明显,如铜排与母线电容上的损耗等。此外,脉宽调制的方案、测试设备的精度也是可能的原因,但这些较小的差异不影响接下去的系统级续航里程分析。 表3 基于损耗测试数据的IGBT电控与SiC电控仿真效率对比 碳化硅电控的最大输出能力分析 碳化硅模块内部的芯片并联数量越多,其电控的输出能力越大。在这项分析中,我们假设碳化硅与IGBT允许工作在相同的最高结温下即150℃。ScanTool的仿真结果显示,当模块采用6芯片并联时,最大输出功率增加12.4%;当采用8芯片并联时,功率增加31%。 在实验中,由于动力总成台架的能力限制,我们使用了电感作为负载来测试最大输出能力。相较于采用真实电机负载,这个妥协的方案用于评估碳化硅模块测试是可以接受的,原因是碳化硅芯片双向导通的特点使得其损耗对于负载的功率因数的大小并不敏感。 图9展示了碳化硅电控输出达到了600 Arms,且已达到了测试设备的最大能力。需要指出的是,在电控应用场景中,我们保持了10kHz的开关频率,而此时碳化硅模块的开关损耗的百分比仍是较低的(约20%)。因此,通过升级软件的控制频率和驱动电路的功率能力,可以显著提升电控的开关频率而不导致明显的功率降额。在高开关频率下,负载的基波频率也可以显著提升,即将电控用于如高速空压机、航天等应用场景。 图9碳化硅电控实际运行波形(基波频率300Hz, 电流有效值600A,直流母线420V) 碳化硅电控带来的系统优势评估 此处的系统评估指的主要是整车层面的续航里程。为此,臻驱科技已开发了一套整车基于指定路谱的计算工具:使用者选定一款车型,并指定路况模板后,该工具将输出对应于动力总成(电机+电控)的扭矩与转速指令,并根据ScanTool计算或实际标定得出的碳化硅电控及电机的效率图,计算出整车的续航里程。 图10整车续航里程系统评估工具概念图 (*注:部分子部件图片来自网络) (a) 搭载IGBT电控的整车能耗分布 (b) 搭载SiC电控的整车能耗分布 图11搭载IGBT电控与SiC电控的整车能耗分布对比 (一个CLTC-P循环路况下) 此处我们选择了一款低风阻的轿车车型,并匹配如图5所示的IGBT/SiC电控及其对应驱动电机实测效率,置于CLTC-P(China Light-duty Vehicle Test Cycle – passenger car, 中国轻型汽车行驶工况-乘用车)路谱下进行仿真分析,整车系统能耗对比见图11。较原来搭载的IGBT电控方案,搭载了臻驱碳化硅电控的整车能耗降低4.4%,即搭载相同电池容量情况下,续航里程可增加4.4%!这个令人振奋的结果,证明了碳化硅技术在新能源车主驱应用中的显著优势。用户可根据此结果,进一步进行整车经济性方面的分析。 项目总结 本文介绍了臻驱科技对于碳化硅功率模块及电控的开发、测试及系统评估。实测结果证明,该碳化硅功率模块工作稳定,并相较于IGBT模块在损耗方面有明显降低;所对应的碳化硅电控,相较于IGBT电控,无论在最大输出功率还是续航里程上都有显著的优势。此项目也侧面证明了,碳化硅技术应用于新能源车的主驱是大势所趋。 (a) 组装线(自动化率约85%) (b) 测试线(自动化率100%) 图12臻驱自动化产线 本文所开发的碳化硅功率模块与某主流IGBT功率模块在功率端子部分兼容,而门极位置经过了优化改动,其目的是优化模块内部的电气性能。本文所开发的碳化硅电控与IGBT电控的功能完全兼容而性能优势明显,并可在臻驱科技现有的电控自动化产线上实现批量生产。 臻驱科技自主研发了一套自动化产线(见图12),其规划产能为每年15万台,组装线自动化率约85%,测试线自动化率为100%。工厂通过了TUEV(德国技术监督协会的)的IATF16949质量体系认证。 临近尾声,作者对碳化硅电控的心得讨论如下: 1. 碳化硅用于电控的主要优势在于效率,而更高效率带来的经济优势在于电池安装成本及充电成本的降低; 2. 碳化硅模块设计时,其芯片并联数量需要一定过设计以实现最佳经济性;更多的芯片并联会降低经济性,但可帮助整车实现更大的加速度; 3. 碳化硅模块本体设计难点在于电磁部分,需要开发出精确的建模和设计辅助工具; 4. 碳化硅技术用于小风阻车型时续航里程可增加4%以上。 总体而言,碳化硅电控适用于续航里程长、风阻小的高端车型,并对整车使用频次较高的用户有更高经济价值。

    时间:2020-11-24 关键词: 电控 功率模块 碳化硅

  • 一款62mm器件半桥拓扑设计的CoolSiC™模块

    一款62mm器件半桥拓扑设计的CoolSiC™模块

    在科学技术高度发达的今天,各种各样的高科技出现在我们的生活中,为我们的生活带来便利,那么你知道这些高科技可能会含有的CoolSiC™ MOSFET模吗? 英飞凌科技股份公司(FSE: IFX / OTCQX: IFNNY)为其1200 V CoolSiC™ MOSFET模块系列新增了一款62mm工业标准模块封装产品。它采用成熟的62mm器件半桥拓扑设计,以及沟槽栅芯片技术,为碳化硅打开了250kW以上(硅IGBT技术在62mm封装的功率密度极限)中等功率应用的大门。在传统62mm IGBT模块基础上,将碳化硅的应用范围扩展到了太阳能、服务器、储能、电动汽车充电桩、牵引以及商用感应电磁炉和功率转换系统等。 SiC材料虽然在击穿场强、热导率、饱和电子速率等方面相比于Si材料有着绝对的优势,但是它在形成MOS(金属-氧化物-半导体)结构的时候,SiC-SiO2界面电荷密度要远大于Si-SiO2,这样造成的后果就是SiC表面电子迁移率要远低于体迁移率,从而使沟道电阻远大于体电阻,成为器件通态比电阻大小的主要成分。 该62mm模块配备了英飞凌的CoolSiC MOSFET芯片,可实现极高的电流密度。其极低的开关损耗和传导损耗可以最大限度地减少冷却器件的尺寸。在高开关频率下运行时,可使用更小的磁性元件。借助英飞凌CoolSiC芯片技术,客户可以设计尺寸更小的逆变器,从而降低整体系统成本。 目前常见的SiC MOSFET 都是平面栅结构,Si-面上形成导电沟道,缺陷较多,电子迁移率低。英飞凌CoolSiCTM MOSFET 采用Trench 沟槽栅结构,导电沟道从水平的晶面转移到了竖直的晶面,大大提高了表面电子迁移率,使器件的驱动更加容易,寿命更长。 它采用62mm标准基板和螺纹接口,具有高鲁棒性的结构设计,从而最大限度地优化并提高系统可用性,同时降低维修成本并减少停机损失。出色的温度循环能力和150°C的连续工作温度(Tvjop),带来出色的系统可靠性。其对称的内部设计,使得上下开关有了相同的开关条件。可以选装“预处理热界面材料”(TIM)配置,进一步提高模块的热性能。 以上就是CoolSiC™ MOSFET模的一些值得大家学习的详细资料解析,希望在大家刚接触的过程中,能够给大家一定的帮助,如果有问题,也可以和小编一起探讨。

    时间:2020-11-15 关键词: 栅极电阻 栅极电压 碳化硅

  • 你了解AgileSwitchÒ数字可编程栅极驱动器和SP6LI SiC功率模块工具包吗?

    你了解AgileSwitchÒ数字可编程栅极驱动器和SP6LI SiC功率模块工具包吗?

    人类社会的进步离不开社会上各行各业的努力,各种各样的电子产品的更新换代离不开我们的设计者的努力,其实很多人并不会去了解电子产品的组成,比如数字可编程栅极驱动器和SP6LI SiC功率模块。 Microchip的AgileSwitch®数字可编程栅极驱动器和SP6LI SiC功率模块工具包解决方案可加快开发人员从设计到投产的步伐。从火车、有轨电车和无轨电车,到公共汽车、小汽车和电动汽车充电桩,全球交通电气化转型仍在加速,各国纷纷采用效率更高、技术更创新的交通方式。Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)今日宣布推出AgileSwitchÒ数字可编程栅极驱动器和SP6LI SiC功率模块工具包。新工具包是一个统一的系统解决方案,旨在帮助设计人员快速有效的采用颠覆性的碳化硅(SiC)功率器件,缩短产品上市时间,确保现场部署的信心。 简单来说,栅极驱动器是一个用于放大来自微控制器或其他来源的低电压或低电流的缓冲电路。在某些情况下,例如驱动用于数字信号传输的逻辑电平晶体管时,使用微控制器输出不会损害应用的效率、尺寸或热性能。在高功率应用中,微控制器输出通常不适合用于驱动功率较大的晶体管。 Microchip新发布的AgileSwitch数字可编程栅极驱动器和SP6LI SiC功率模块工具包加快了从评估到生产的开发速度,从此客户无需再单独采购功率模块和栅极驱动器,包括用于成品生产的栅极驱动器。最新推出的AgileSwitch栅极驱动器和功能可靠、性能强劲的SiC功率模块可以让开发人员无需再对功率模块检验后再花费时间开发自己的栅极驱动器,从而将开发周期缩短数月。 开关电源是几乎每一个现代电气系统的核心。任何插到壁式插座上的设备都可以利用开关电源来进行功率因数校正和生成直流电流轨。 Microchip分立器件事业部副总裁Leon Gross表示:“在为单片机和模拟产品提供全系统解决方案时,我们听取了开发人员的意见。现在,随着SiC功率模块越来越先进,各种技术正在快速改变交通运输和其他行业,这一完整的产品工具包能让开发人员专注于创新,大大缩短产品上市时间。” 汽车系统使用开关电源来维持电池、马达和充电器等系统。电网基础设施要求高效率地转换直流太阳能电池板提供的开关电能,从而将电能传输到直流存储系统和交流电网。 Microchip采用最新一代SiC管芯,提供700V、1200V和1700V三种基于肖特基势垒二极管的(SBD)SiC功率模块供客户灵活选择。此外,Microchip的dsPIC® 数字信号控制器还具有高性能、低功耗和灵活外设等特点。AgileSwitch系列数字可编程栅极驱动器进一步加快从设计到生产的全过程。 由于应用中存在大量拓扑且复杂性日益升高,对于高功率晶体管阵列,现代开关电源通常使用微控制器或其他ASIC来协调其开关,以满足精确的开关计时要求。 Microchip将SiC功率模块和软件可配置栅极驱动器相结合,采用Augmented Switching™技术,使设计人员能够更好地应对如电压过冲、开关损耗和电磁干扰等动态问题。这种“点击配置”的方法采用基于Windows的计算机界面(使用鼠标而不是烙铁),可应用于从加快前期评估到对最终优化进行简化的整个设计过程。 高功率晶体管与模拟信号链或数字逻辑电路中的其他晶体管的特性几乎完全不同。功率晶体管的击穿电压的分布范围极大,从大约40伏到1,200伏甚至更高。 Microchip的AgileSwitch数字可编程栅极驱动器和SP6LI SiC功率模块工具包为设计工程师提供了强大的支持工具,确保管芯、电源组和栅极驱动器是专为彼此设计,从而消除了潜在的开发延迟。 以上就是数字可编程栅极驱动器和SP6LI SiC功率模块的有关知识的详细解析,需要大家不断在实际中积累经验,这样才能设计出更好的产品,为我们的社会更好地发展。

    时间:2020-11-14 关键词: 功率模块 栅极驱动器 碳化硅

  • 关于可能接触的交换式电源供应器,你知道吗?

    关于可能接触的交换式电源供应器,你知道吗?

    人类社会的进步离不开社会上各行各业的努力,各种各样的电子产品的更新换代离不开我们的设计者的努力,其实很多人并不会去了解电子产品的组成,比如交换式电源供应器。 数字化趋势日益加速,使服务器设备的数量激增,电源需求也不断上升。同时,在全球气候变暖的效应下,如何提升运作的能源效率成为更加重要的课题。由北美 80 PLUS 计划 (80 PLUS iniTIaTIve) 于 2004 年推出的测量标准,可用于评估及认证交换式电源供应器 (SMPS) 的效率。若SMPS 能在定义负载条件下达到 80% 以上的效率,即可获得认证。取得 80 PLUS 认证的解决方案有助于降低因数字化而日益提高的电力需求。 交换式电源供应器主要为改善传统线性式电源的体积、重量与效率。 为符合最高效率 80 PLUS 钛金认证的要求,在 50% 负载条件下,115 V 输入电压需达到94% 效率,另在 230 V 电压下则需达到 96% 效率。领先业界的台湾电源供应器制造商光宝科技股份有限公司通过采用英飞凌科技 (FSE:IFX/OTCQX:IFNNY) 的 CoolSiC™ MOSFET 650 V达到了此项要求。 标楷体将商用电源直接整流滤波(Off-Line),高的直流电压用高频晶体管切换成高频交流电压,经高频变压器变换成所需的电压,然后再经整流滤波成直流电压。 光宝科技管理层坚信,碳化硅 (SiC) 已成为太阳能逆变器等应用的主流。该公司与英飞凌的合作,成功展现碳化硅技术应用在服务器电源供应器市场也是如此。CoolSiC 技术是这项应用的最佳选择,证明了其在系统水平上的性能和成本优势。光宝科技的碳化硅型 SMPS 已超过钛金认证所要求的 96% 效率。 当电源加入交换式电源供应器时,会有峰值电流流经内部的输入滤波电容器,此电流称为"浪涌电流"。 英飞凌电源与传感系统事业部高电压转换产品线负责人 Stefan Obersriebnig 表示:“数字化转型影响了人类生活的各个领域,包括政治、经济、社会和日常生活等。而数字化的支柱正是散布在全球各地数百万台的服务器。我们的 CoolSiC 技术能提供最高的能源效率和前所未有的功率密度,从而大幅度降低能源消耗。这样可以降低碳足迹,并为行业从业者节省运营成本。” 浪涌电流的大小与有无浪涌电流抑制回路有关。大部份 S.P.S.之浪涌电流抑制器是使用热敏电阻,冷机时为高阻抗以抑制浪涌电流,热机时为低阻抗以减少功率损失,故应尽量避免于运转时快速开关输入电源,一般建议于关机数秒后再开机。 光宝科技的高效率 SMPS 采用英飞凌 650 V ,TO 247-3 封装的分立式碳化硅 MOSFET,其中两个设备被使用于图腾柱拓扑,并安装在功率因数校正阶段。此外,该设计还搭载其它的英飞凌半导体,包括 CoolSiC 肖特基二极管 650 V及不同的 CoolMOS™ 和 OpTIMOS™ 功率器件。 本文只能带领大家对交换式电源供应器有了初步的了解,对大家入门会有一定的帮助,同时需要不断总结,这样才能提高专业技能,也欢迎大家来讨论文章的一些知识点。

    时间:2020-11-13 关键词: MOSFET 电源供应器 碳化硅

  • 英飞凌签约GT Advanced Technologies,扩大碳化硅供应

    【2020年11月13日,德国慕尼黑和美国新罕布什尔州哈德逊讯】英飞凌科技股份公司(FSE: IFX)与GT Advanced Technologies(GTAT)已经签署碳化硅(SiC)晶棒供货协议,合同预期五年。通过这份供货合同,英飞凌将进一步确保满足其在该领域不断增长的需求。碳化硅是功率半导体的基础材料,可用于打造高效、耐用、高性价比的系统。英飞凌现已面向工业应用市场推出业界规模最大的CoolSiC™产品组合,并且正在迅速扩大面向消费和汽车应用的产品组合。 英飞凌工业功率控制事业部总裁Peter Wawer表示:“我们看到对碳化硅的需求在稳步增长,特别是在工业应用方面。不过,很明显,汽车行业正在迅速跟进。凭借我们现在签订的供应协议,我们保证能够以多样化的供应商基础满足客户快速增长的需求。” GTAT的优质碳化硅晶棒将为当前和未来满足一流标准的有竞争力的碳化硅晶圆提供额外来源。这为我们雄心勃勃的碳化硅增长计划提供有力支持,充分利用我们现有的内部技术和薄晶圆制造的核心竞争力。” GT Advanced Technologies总裁兼首席执行官Greg Knight表示:“我们非常高兴能与英飞凌签订长期供货协议,英飞凌把其专有的薄晶圆技术应用到GTAT的晶棒上,从而获得安全优质的碳化硅晶圆供应。碳化硅使用率的增长很大程度上取决于衬底成本的大幅降低,而这一协议是实现这一目标的重要一步。” 碳化硅目前主要用于光伏逆变器、工业电源和充电桩。相比传统硅基解决方案,这正是碳化硅展现出系统级优势的领域所在。不间断电源和变频器等其他工业应用,也越来越多地利用这种新型半导体技术。此外,电动汽车显示出巨大的应用潜力,包括主驱和车载充电装置等。

    时间:2020-11-13 关键词: 英飞凌 gtat 碳化硅

  • 关于新款1200V碳化硅(SiC)MOSFET-“TW070J120B”解析

    关于新款1200V碳化硅(SiC)MOSFET-“TW070J120B”解析

    在科学技术高度发达的今天,各种各样的高科技出现在我们的生活中,为我们的生活带来便利,那么你知道这些高科技可能会含有的碳化硅(SiC)MOSFET吗? 东芝电子元件及存储装置株式会社(“东芝”)今日宣布,推出新款1200V碳化硅(SiC)MOSFET---“TW070J120B”。该产品面向工业应用(包括大容量电源),并于今日开始出货。 SiC‐MOSFET 与IGBT 不同,不存在开启电压,所以从小电流到大电流的宽电流范围内都能够实现低导通损耗。 该功率MOSFET采用碳化硅(SiC)这种新材料,与常规的硅(Si)MOSFET、IGBT产品相比,具有高耐压、高速开关和低导通电阻特性,有利于降低功耗,精简系统。 而Si‐MOSFET 在150℃时导通电阻上升为室温条件下的2 倍以上,与Si‐MOSFET 不同,SiC‐MOSFET的上升率比较低,因此易于热设计,且高温下的导通电阻也很低。 新产品采用了可提高碳化硅MOSFET可靠性的东芝第二代芯片设计生产[1],实现了输入电容低、栅输入电荷低、漏源导通电阻低等特性。与东芝推出的1200V硅绝缘栅双极晶体管(IGBT)“GT40QR21”相比,“TW070J120B”关断开关损耗降低80%左右,开关时间(下降时间)缩短大约70%,并且能够在不超过20A[2]的漏极电流下提供低导通电压。 SiC‐MOSFET 的漂移层阻抗比Si‐MOSFET 低,但是另一方面,按照现在的技术水平,SiC‐MOSFET的MOS 沟道部分的迁移率比较低,所以沟道部的阻抗比Si 器件要高。 它的栅阈值电压被设置在4.2V至5.8V的较高电压范围内,有助于减少故障风险(意外开启或关闭)。此外,内置的具有低正向电压的碳化硅肖特基势垒二极管(SBD)也有助于降低功率损耗。 SiC‐MOSFET 的阈值电压在数mA 的情况下定义的话,与Si‐MOSFET 相当,室温下大约3V(常闭)。 在大容量AC-DC转换器、光伏逆变器、大容量双向DC-DC转换器等工业应用中,这种新型MOSFET不仅将通过降低功率损耗来达到提高效率的目的,而且也将为缩小设备尺寸做出贡献。 以上就是碳化硅(SiC)MOSFET的一些值得大家学习的详细资料解析,希望在大家刚接触的过程中,能够给大家一定的帮助,如果有问题,也可以和小编一起探讨。

    时间:2020-11-13 关键词: 光伏逆变器 东芝电子 碳化硅

  • 快来了解Microchip的SiC汽车功率器件,你知道吗?

    快来了解Microchip的SiC汽车功率器件,你知道吗?

    人类社会的进步离不开社会上各行各业的努力,各种各样的电子产品的更新换代离不开我们的设计者的努力,其实很多人并不会去了解电子产品的组成,比如碳化硅肖特基二极管。 Microchip新推出的器件通过了AEC-Q101认证,对于需要在提高系统效率的同时保持高质量的电动汽车电源设计人员来说,可以最大限度地提高系统的可靠性和耐用性,实现稳定和持久的应用寿命。新器件卓越的雪崩整流性能使设计人员可以减少对外部保护电路的需求,降低系统成本和复杂性。 碳化硅是最早发现的半导体材料之一,然而,由于生长高质量的碳化硅晶体比较困难,使碳化硅器件的发展落后于其他同族材料。近几年来,碳化硅器件发展有显著进步,而且证实了碳化硅由于优越的物理和电学特性,与硅材料和器件相比更适合应用于大功率电路。 Microchip分立产品业务部副总裁LeonGross表示:“作为汽车行业的长期供应商,Microchip持续拓展车用电源解决方案,引领汽车电气化领域的电源系统转型。我们一直专注于提供汽车解决方案,帮助客户轻松过渡到碳化硅(SiC),同时将质量、供应和支持挑战的风险降至最低。” 碳化硅具有比硅更宽的禁带宽度(3C-SIC:2.3eV,6H-SIC:2.9eV,4H-SIC:3.2eV),临界击穿电场比硅高8~10倍。因此,碳化硅高压器件可以通过高掺杂的薄漂移层实现,从而使器件的导通电阻降低几个数量级。 Microchip作为汽车行业供应商的历史已经超过25年。公司拥有碳化硅(SiC)技术以及多个通过IATF16949:2016认证的制造工厂,可通过灵活的制造方案提供高质量器件,帮助最大限度地降低供应链风险。 SIC材料以其优越的电学特性使其在高功率、高温应用中具有独特的优势。对于式(1),与硅材料相比,4H-SIC的临界击穿电场大约比硅高10倍,对于给定的击穿电压,由式(1)得到的比导通电阻将减小约3个数量级。 经过Microchip内部以及第三方测试,关键可靠性指标已经证明,与其他厂商生产的SiC器件相比,Microchip的器件性能更加卓越。与其他在极端条件下出现性能下降的碳化硅(SiC)器件不同,Microchip器件性能保持稳定,有助于延长应用寿命。Microchip碳化硅(SiC)解决方案的可靠性和耐用性在业界处于领先水平。其耐用性测试表明,Microchip的碳化硅肖特基二极管(SiCSBD)在非箝位电感开关(UIS)中的能量承受能力提升20%,在高温下电流泄漏水平最低,从而可以延长系统寿命,实现更可靠的运行。 碳化硅肖特基二极管不仅应用于功率电路,还用于其他领域,如气敏传感器、微波和紫外探测器等。 Microchip的SiC汽车功率器件进一步拓展了其丰富的控制器、模拟和连接解决方案产品组合,为设计人员提供电动汽车和充电站的整体系统解决方案。Microchip还利用最新一代碳化硅(SiC)裸片,提供700、1200和1700V碳化硅肖特基二极管(SiCSBD)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)功率模块的广泛产品组合。此外,Microchip推出的dsPIC®数字信号控制器可提供高性能、低功耗和灵活的外设。Microchip的AgileSwitch®系列数字可编程门驱动器进一步加快了从设计阶段到生产的进程。这些解决方案还可应用于可再生能源、电网、工业、交通、医疗、数据中心、航空航天和国防系统。 本文只能带领大家对碳化硅肖特基二极管有了初步的了解,对大家入门会有一定的帮助,同时需要不断总结,这样才能提高专业技能,也欢迎大家来讨论文章的一些知识点。

    时间:2020-11-12 关键词: Microchip 肖特基势垒二极管 碳化硅

  • 第三代半导体碳化硅的国产化

    第三代半导体碳化硅的国产化

    碳化硅(SiC),与氮化镓(GaN)、金刚石、氧化锌(ZnO)等一起,属于第三代半导体。碳化硅等第三代半导体具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小等独特的性能。 因此第三代半导体材料制造的电力或电子元件,体积更小、传输速度更快、可靠性更高,耗能更低,最高可以降低50%以上的能量损失,积减小75%左右。特别重要的是,第三代半导体可以在更高的温度、电压和频率下工作。 因此,碳化硅等第三代半导体,在半导体照明光电器件、电力电子、射频微波器件、激光器和探测器件、太阳能电池和生物传感器等其他器件等方面展现出巨大的潜力。在军用方面,SiC主要用于大功率高频功率器件。 碳化硅半导体的生产步骤包括单晶生长、外延层生长以及器件/芯片制造,分别对应衬底、外延和器件/芯片。后文会围绕这三个方面,对碳化硅产业的国产化发展进行讨论。 对应碳化硅的衬底的2种类型,即导电型碳化硅衬底和半绝缘型碳化硅衬底。在导电型碳化硅衬底上,生长碳化硅外延层,可以制得碳化硅外延片,进一步制成功率器件,主要应用于新能源汽车等领域;在半绝缘型碳化硅衬底上,生长氮化镓外延层制得碳化硅基氮化镓外延片,可进一步制成微波射频器件,应用于5G通讯等领域。 一、碳化硅衬底 碳化硅衬底生产的国外核心企业,主要是美国CREE,美国 II-VI,和日本昭和电工,三者合计占据75%以上的市场。技术上,正在从 4 英寸衬底向 6 英寸过渡,8 英寸硅基衬底在研。 国内的生产商主要是天科合达、山东天岳、河北同光晶体、世纪金光、中电集团2所等。国内碳化硅衬底以3-4英寸为主,天科合达的4英寸衬底已达到世界先进水平。2019 国内主要企业导电型SiC衬底折合4英寸产能约为50万片/年,半绝缘SiC衬底折合4英寸产能约为寸产能约为20万片/年。其中,中电科2所于2018年在国内率先完成4英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底材料的工程化,到2020年,其山西碳化硅材料产业基地已经实现SiC的4英寸晶片的大批量产。 国内6英寸衬底研发也已经陆续获得突破,进入初步工程化准备和小批量产的阶段: 2017年,山东天岳自主开发了全新的高纯半绝缘衬底材料,其4H导电型碳化硅衬底材料产品已经达到6英寸,还自主开发了6英寸N型(导电型)碳化硅衬底材料。 2018年,中电科2所也完成了6英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底的研发。 同样在2018年,天科合达研制出6英寸碳化硅晶圆。此外,河北同光也在近年研发成功了6英寸碳化硅衬底。 2018年12月19日,三安集成宣布已完成了商业版本的6英寸碳化硅晶圆制造技术的全部工艺鉴定试验。并将其加入到代工服务组合中。 2020年07月19,三安光电在长沙的第三代半导体项目开工,主要用于研发、生产及销售6英寸SIC导电衬底、4吋半绝缘衬底、SIC二极管外延、SiC MOSFET外延、SIC二极管外延芯片、SiC MOSFET芯片、碳化硅器件封装二极管、碳化硅器件封装MOSFET。 2017年7月,中科节能与青岛莱西市、国宏中晶签订合作协议,投资建设碳化硅长晶生产线项目。该项目总投资10亿元,项目分两期建设,一期投资约5亿元,预计2019年6月建成投产,建成后可年产5万片4英寸N型(导电型)碳化硅晶体衬底片和5千片4英寸高纯度半绝缘型碳化硅晶体衬底片;二期投资约5亿元,建成后可年产5万片6英寸N型(导电型)碳化硅晶体衬底片和5千片4英寸高纯度半绝缘型碳化硅晶体衬底片。 从上述消息看,国内6英寸的半绝缘型和导电型衬底都已经有了技术基础,至少四家在未来几年可以启动工程化和大规模批产了,如果速度够快,将基本追平发达国家的商业化速度。 最让人关注的,是2020年10月6日发布的消息,山西烁科的碳化硅8英寸衬底片研发成功,即将进入工程化。今后,我国将形成4英寸为主体,6英寸为骨干,8英寸为后继的碳化硅衬底发展局面,将基本追平发达国家的技术研发速度。值得注意的是,山西烁科的第一大持股人是中电科半导体,持股63.75%,第四大持股人是中电科5所,持股9.54%。因此属于国家队的研发和产业化机构。 二、碳化硅外延片 碳化硅外延片生产的国外核心企业,主要以美国的Cree、 DowCorning、II-VI、日本的罗姆、三菱电机,德国的Infineon 等为主。其中,美国公司就占据全球70-80%的份额。技术上也在向6英寸为主的方向过渡。 国内碳化硅外延片的生产商,主要瀚天天成、东莞天域、国民技术子公司国民天成、世纪金光,以及国字号的中电科13所和55所。目前国内外延片也是以提供4英寸的产品为主,并开始提供6英寸外延片。2019 SiC外延片折算6英寸产能约为20万片/年。 这其中,最重要的是瀚天天成公司。该公司已经形成3英寸、4英寸以及6英寸的完整碳化硅半导体外延晶片生产线,并满足600V、1200V、1700V器件制作的需求。2014年5月29日,瀚天天成首批产业化的6英寸碳化硅外延晶片在厦门火炬高新区投产,并交付第一笔商业订单产品,成为国内首家提供的商业化6英寸碳化硅外延晶片。 东莞天域公司则在2012年就实现了年产超2万片3英寸、4英寸碳化硅外延晶片的产业化能力,目前也可提供6英寸碳化硅外延晶片。 国民技术在2017年8月15日发布公告,投资监理成都国民天成化合物半导体有限公司,建设和运营6英寸第二代和第三代半导体集成电路外延片项目,项目首期投资4.5亿元。 三、碳化硅器件 碳化硅器件生产的国外核心企业,是市占率18.5%的美国英飞凌Infineon,和以安森美领衔的第二梯队,包含意法半导体、三菱电机、东芝、威世半导体、富士电机、瑞萨科技、罗姆、赛米控等美日欧大型半导体IDM企业。国际上600-1700V SiC SBD、MOSFET 已经实现产业化,主流产品耐压水平在1200V以下。 随后是台系和陆系企业如,陆系如IDM企业杨杰电子、、苏州能讯高能半导体、株洲中车时代、中电科55所、中电科13所、泰科天润、世纪金光;Fabless有上海瞻芯、瑞能半导体,Foundry有三安光电;模组方面,的嘉兴斯达、河南森源、常州武进科华、中车时代电气,等等。 在器件的产线技术水平上,中车时代、世纪金光、全球能源互联网研究院、中电55所的6英寸SiC功率器件线已经启动,国内已有四条6英寸SiC中试线相继投入使用。其中,中车时代6寸SiC SBD、PiN、MOSFET等器件的研发与制造,都做得有声有色。 2016年12月,芯光润泽第三代半导体碳化硅功率模块产业化项目正式开工建设。2018年9月,芯光润泽的国内首条碳化硅 IPM器件产线厦门正式投产 深圳基本依靠独有的3D SiCTM技术,基本半导体碳化硅功率器件性能达到国际先进水平,可广泛应用于新能源发电、新能源汽车、轨道交通和智能电网等领域。 扬杰科技的器件产品包括功率二极管、整流桥、肖特基二极管和MOSFET。其4英寸线已经扩产一倍,6英寸线产线2018年底满产。同时公司战略布局8寸线IGBT芯片和IPM模块业务等高利润产品,多产品线协同发展助力公司提升在功率器件市场份额。 2018年5月,上海瞻芯制造的第一片国产6英寸碳化硅MOSFET器件晶圆面世。晶圆级测试结果表明,各项电学参数达到预期。(注:日前他们正式发布了) 在碳化硅器件的技术水平上,国内企业相对集中于基础二极管及中低压器件等低端领域,在对器件性能、可靠性要求较高的高端产品市场渗透率相对较低。 高压器件方面的国产化,最近也开始出现一些好消息。 比如:泰科天润的碳化硅肖特基二极管、碳化硅MOSFET和碳化硅模块等,其中600V/5A-50A、1200V/5A-50A和1700V/10A等系列的碳化硅肖特基二极管产品已投入批量生产。此外,泰科天润已建成国内第一条碳化硅器件生产线,SBD产品覆盖600V-3300V的电压范围。也是高压产品的可喜突破。 另外,2020年华润微也向市场发布了其第一代SiC工业级肖特基二极管(1200V、650V)系列产品,算是我国在高压器件国产化方面的一个示例。 最后补充一点。上面是三个方面分别介绍的。实际上,国内能从衬底-外延片和器件三个方面做全流程布局的企业,以三安光电和世纪金光这两家为代表。当然,如果将国字号的所有院所企业合起来,也可以算是第三家全流程布局的企业。 四、碳化硅生产设备 与二代半导体类似,我国碳化硅生产设备也大量来自进口美欧日的产品。比如,外延片生产国内第一的瀚天天成公司,碳化硅外延晶片生长炉和各种进口高端检测设备都是引进德国Aixtron公司的,外延生长技术已达到国际先进水平的东莞天域公司,其核心的四台SiC-CVD及配套检测设备也都是进口产品。 碳化硅的设备国产化在这两年也有一些进展。 比如用于衬底生产的单晶生长设备——硅长晶炉:2019年11月26日,露笑科技与中科钢研、国宏中宇签署合作协议,依托中科钢研及国宏中宇在碳化硅晶体材料生长工艺技术方面已经取得的与持续产出的研发成果,结合露笑科技的真空晶体生长设备设计技术及丰富的装备制造技术与经验,共同研发适用于中科钢研工艺技术要求的4英寸、6英寸、8英寸乃至更大尺寸级别的碳化硅长晶设备,目前首批2台套升华法碳化硅长晶炉已经完成设备性能验收交付使用。 2020年2月28日,中国电科(山西)碳化硅材料产业基地在山西转型综合改革示范区正式投产,第一批设备正式启动。据报道,基地一期项目可容纳600台碳化硅单晶生长炉,项目建成后将具备年产10万片4-6英寸N型(导电型)碳化硅单晶晶片、5万片4-6英寸高纯半绝缘型碳化硅单晶晶片的生产能力。 再如碳化硅外延片生产设备——硅外延炉: 晶盛机电研发的6英寸碳化硅外延设备,兼容4寸和6寸碳化硅外延生长。在客户处4寸工艺验证通过,正在进行6寸工艺验证。该设备为单片式设备,沉积速度达到50um/min,厚度均匀性<1%,浓度均匀性<1.5%,应用于新能源汽车、电力电子、微波射频等领域。公司开发的碳化硅外延设备。更好的消息失,其研发的8英寸硅外延炉已通过部分客户产品性能测试,技术验证通过,具有外延层厚度均匀性和电阻率均匀性高的特点,各项技术指标达到进口设备同等水平,具备批量生产基础。 五、小结和展望 碳化硅领域,特别是碳化硅的高端(高压高功率场景)器件领域,基本上仍掌握在西方国家手里,SiC产业呈现美、日、欧三足鼎立的竞争格局,前五大厂商份额约90%。CREE、英飞凌和罗姆,呈现出寡头垄断式的市占率。 我国在碳化硅领域,过去一直呈现较大的救赎代差,落后国际水平5-8年左右。但是,从2018年之后的3年里,呈现出加速追赶的态势。 衬底方面,4家厂商研发成功6英寸产品并启动了工业化生产,8英寸衬底初步研发成功。与国外的差距缩小到半代,大概3-4年左右。 外延片方面,进展稍慢。6英寸产品出现在市场上,但8英寸产品的研发成功尚未见到公开报道。本土外延片的第一厂商瀚天天成公司,是与美国合资的,自主可控能力依然有一定的不确定性。 器件方面,特别是高压高频高功率器件方面,我们的差距仍然较大。1700伏以上的本土产品凤毛麟角,依然有很多路要赶。 设备方面:碳化硅生产的高端设备,基本掌握在欧美手中。国内核心设备正在加紧国产化。但检测设备与国内其他行业的同类产品一样,是非常大的短板。 第三代半导体的国产化比第二代半导体要稍微乐观一些: 首先,碳化硅和第三代半导体,从总体上来说,在技术上和市场上并未完全成熟。 从技术上说,大量工艺问题和材料问题仍然亟待业内解决。碳化硅晶片存在微管缺陷密度。外延片的生长速率较低,工艺效率低相比二代硅材料很低。掺杂工艺有特殊要求,工艺参数都还需要优化。碳化硅本身耐高温,但配套材料比如电极材料、焊料、外壳、绝缘材料的耐温程度还需要提高。 从商业化成本上来说,上游晶圆制造方面,厚度只有0.5毫米的碳化硅三代半导体6英寸晶圆,市场售价2000美元。而12吋的二代硅晶圆的平均单价在110美元。而下游器件市场上,碳化硅器件的市场价格,约为硅材料制造的5到6倍。业内普遍认为,碳化硅器件的价格只有不高于硅器件的2倍,才有可能具有真正的市场竞争优势。 因此,碳化硅和第三代半导体,在整个行业范围内仍然是在探索过程中发展,远未达到能够大规模替代第二代半导体的成熟产业地步,潜在市场的荒原依然巨大。 其次,我国是碳化硅最大的应用市场。 LED照明、高压电力传输、家电领域、5G通信、新能源汽车,这些碳化硅和其他三代半导体的核心应用场景,都以我国作为最大主场。 全球生产的碳化硅器件,50%左右就在我国消耗。有市场,有应用场景,就有技术创新的最大原动力和资本市场的投资机会。有最大工业制造业的规模,有国家产业政策的适度引导,碳化硅的产业发展就有成功的基础和追赶的希望。

    时间:2020-10-19 关键词: 国产化 第三代半导体 碳化硅

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