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                8英寸碳化硅晶圆 第三代半导体工艺

                [发布日期:2021-10-14 14:51:05] 点击:


                 

                  第三代半导体也称为宽禁带半导㊣体,不同于传统的半导体主要赖硅晶圆,它在材料层面上实现了更新。而与第一代、第二代『半导体并非替代关系,而是形成互补,三者特性各异、用途不同。

                  具体来看,第一代半导体材料以硅(Si)和锗(Ge)为主,是CPU处理器等集成电路主要运用的材料;第二代半导体包〓括砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等,目前手机所使用的关键通信芯片都采用这类◥材料制作。

                  第三代半导体材料◣主要是以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带半导体材料。在通信、汽车、高铁、卫星通信、航空航↑天等应用场景中有优势。其中,碳化硅、氮化镓的研究和发展更为成熟。

                  SiC器件的需求比产量涨的快

                  受材料本身特性的限制,传统硅基功率器件已经渐渐难以满足 5G 基站、新能源车及高铁等╲新兴应用对器件高功率及高◆频性能的需求,但SiC作为半导体材料具有优异的性能,尤其是用于功率转换和控制的功率元器件。与传统硅器件相比可以实现低导通电阻、高速开关和耐高温高压工作,因Ψ 此近年来倍受欢迎。

                  目前,SiC*大的应用市场在新能源汽◆车的功率控制单元、逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等。以电动汽车为例,采用碳化硅芯片,将使电驱装置的体积缩小为五分之一,电动汽车行驶损耗降低60%以上,相同电池容量下里程数显著提高。

                  特斯拉此前在▃Model3率先使用意法半导体和英飞凌的SiC逆变器;2020年国产比亚迪新能源汽车∞“汉”的电机控制器中开始应用SiC-MOSFET模块;今年3月,器件厂商斯达半导也宣布加码车规级SiC模组产线。据Yole预计,到2025年,新能源汽车和充电桩领域的SiC市场将达到17.78亿美元,约占SiC总市场规模的七成左右。

                  碳化硅具有1X1共价键︽的硅和碳化合物,其莫氏硬度为13,仅次于钻石(15)和碳化硼(14)。*早是人们在太阳系刚诞生的46亿年前的陨石中,发现了少量这种物◣质,所以它又被称为“经历46亿年时光之旅的半导体材料”。据说,SiC在天然环境下非常ζ罕见,虽然通过人工合成可以制造,但因在长晶的源头晶种就要求相当高的纯度,且后段加工极其困难,SiC功率元器件量产化曾一度令研究者们头疼。

                  数据显示,目前全球SiC硅晶圆总年产能约在40-60万片,而且同时期的▆硅晶圆已经由200mm(8英寸)向300mm(12英寸)进发,但碳化硅晶圆的主流尺寸一直是150mm(6英寸),每片晶圆能制造的芯片⌒数量不大,远不能满ㄨ足下游需求。

                  以特斯拉Model 3主逆变器为例,需要24个电源模块,每个电源模块均基于两个SiC MOSFET裸片,每辆汽↓车总共有48个SiC MOSFET裸片。按照这个估算若循序渐进采用SiC后,平均2辆特斯拉的纯电动车就需要一片150mm SiC晶圆。Wedbush证券分析师Dan Ives曾称,到2022年特斯拉的交付量可能会达到100万辆,如果预测成真,那届时仅特斯拉就将消耗掉全球SiC硅晶圆总产量。

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