近年來(lái)，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體材料引發(fā)全球矚目。由于其具有禁帶寬、擊穿電場(chǎng)強度高、飽和電子遷移率高、熱導率大、介電常數小、抗輻射能力強等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應用于新能源汽車(chē)、軌道交通、智能電網(wǎng)、半導體照明、新一代移動(dòng)通信、消費類(lèi)電子等領(lǐng)域，被視為支撐能源、交通、信息、國防等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)，全球市場(chǎng)容量未來(lái)將達到百億美元，已成為美國、歐洲、日本半導體行業(yè)的重點(diǎn)研究方向之一。

中國大力發(fā)展第三代半導體材料，USCI殺入國內市場(chǎng)

2015年5月8日，在國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》中4次提到以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體功率器件，可見(jiàn)第三代半導體行業(yè)在國民經(jīng)濟發(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、歐洲、中國和日本。這些國家認識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換，是業(yè)內共同解決這個(gè)問(wèn)題的眾多方法之一。

相比傳統硅器件，碳化硅的器件的關(guān)鍵區別是碳化硅的帶隙較傳統硅大三倍多，雖然大多數客戶(hù)對帶隙這個(gè)材料參數不感興趣，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(hù)設計出來(lái)的碳化硅器件的漂移層厚度約為相近硅器件的10%，對給定的芯片尺寸來(lái)說(shuō)，可以顯著(zhù)降低傳導損耗。此外，這也使器件電容降低很多，因此開(kāi)關(guān)頻率明顯提高，幫助客戶(hù)設計出更高效和更緊湊的系統。

據了解，當前雖然整個(gè)碳化硅功率器件行業(yè)尚在起步階段，但預計整個(gè)國內市場(chǎng)規模將達到4000億元。商用的碳化硅基MOSFET國際幾大廠(chǎng)如Cree、Infineon、RoHM等廠(chǎng)家都有量產(chǎn)器件，國際廠(chǎng)商目前已經(jīng)在宣傳全碳化硅功率模塊，用于PFC/UPS/PV/EV等應用場(chǎng)景，國內廠(chǎng)家僅基本半導體等少數幾家能量產(chǎn)碳化硅器件。

目前，專(zhuān)注于碳化硅 (碳化硅)材料的美國公司United Silicon Carbide（以下簡(jiǎn)稱(chēng)USCi）正在大力開(kāi)拓中國市場(chǎng)，USCi的主要愿景是實(shí)現綠色和可持續的經(jīng)濟發(fā)展，主要關(guān)注的產(chǎn)業(yè)是風(fēng)能/太陽(yáng)能、電動(dòng)汽車(chē)/下一代火車(chē)、智能電網(wǎng)、電機控制等等。

esmc01030932USCi總裁兼首席執行官Chris Dries博士

為何要投資碳化硅行業(yè)？

日前，USCi總裁兼首席執行官Chris Dries博士接受了《國際電子商情》的獨家專(zhuān)訪(fǎng)，在向國內公司介紹USCi背景的同時(shí)，也談到了自己對碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)的趨勢看法。

據了解，USCi的創(chuàng )業(yè)團隊大多數來(lái)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上用于光纖通信系統的磷化銦 (InP) /砷化銦鎵(InGaAs)化合物半導體材料系統。圍繞短波段開(kāi)發(fā)了一些獨特的應用，實(shí)現了功能更加強大的機器視覺(jué)、光譜學(xué)和夜視圖像。

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

“我相信未來(lái)幾年的碳化硅器件出貨量最終將超過(guò)10億美元。隨著(zhù)市場(chǎng)規模擴大以及制造商向150mm晶圓生產(chǎn)轉型，總體成本將會(huì )下降，因而推動(dòng)了市場(chǎng)的擴展。”Chris Dries表示。憑借經(jīng)驗，Chris Dries認為碳化硅材料在功率轉換方面具有非常好的前景，但是需要近20年時(shí)間才能轉化為商業(yè)優(yōu)勢。因此，在2009年，創(chuàng )始團隊通過(guò)購買(mǎi)USCi的資產(chǎn)進(jìn)入了碳化硅材料領(lǐng)域。

電動(dòng)車(chē)推動(dòng)碳化硅材料應用，USCi產(chǎn)品線(xiàn)介紹

一直以來(lái)，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(zhù)制造商的生態(tài)系統不斷發(fā)展，并且出現了競爭，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(chē)充電等應用可從碳化硅器件性能獲得很多好處，成為了強大的推動(dòng)力。“我們和競爭對手的業(yè)務(wù)規模都正在急劇增長(cháng)。” Chris Dries表示。

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esmc01030943USCi的主要產(chǎn)品線(xiàn)中文介紹

目前，USCi主要有兩個(gè)銷(xiāo)售產(chǎn)品線(xiàn)，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校正和光伏發(fā)電，不過(guò)隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)充電系統和車(chē)載DC-DC轉換器日益普及，這一塊的業(yè)務(wù)也在蓬勃發(fā)展。USCi的碳化硅FET器件十分獨特，因為它們非常易于集成到客戶(hù)設計中，使客戶(hù)能迅速擁有當今世界上最先進(jìn)的碳化硅晶體管解決方案。

據介紹，目前USCi在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域已占據舉足輕重的地位，此次來(lái)深圳Chris Dries的一個(gè)目的就是為了拜訪(fǎng)深圳的一個(gè)重要客戶(hù)。在汽車(chē)領(lǐng)域，USCi的主要應用是車(chē)載充電和DC-DC轉換。

電動(dòng)汽車(chē)的電池必須充電，通常來(lái)自240V插座，但大多數人并未考慮到汽車(chē)上的其它電力轉換需求。由于傳統汽車(chē)供電采用的是12V電源，轉換器需要將電源從高壓電池總線(xiàn)電壓降低至12V部件的生態(tài)系統，比如風(fēng)擋雨刷、收音機和電動(dòng)車(chē)窗等。在冬季時(shí)，我們必須將電動(dòng)汽車(chē)中的大功率路由到加熱器，這也是另一個(gè)很重要的大功率應用。Chris Dries認為，為了適應這種變化，從2020年開(kāi)始，電機逆變器驅動(dòng)器將會(huì )從IGBT轉向碳化硅功率器件。

USCi的競爭優(yōu)勢，業(yè)界最好的體二極管性能

相比Littlefuse、英飛凌等競爭對手，USCi的器件的特點(diǎn)之一是兼容標準的硅柵極驅動(dòng)，大大簡(jiǎn)化了設計項目的工作，并且更容易贏(yíng)取客戶(hù)的設計合同。

“我們擁有業(yè)界最好的體二極管性能，幾乎相當于碳化硅肖特基二極管，在工作溫度下，我們的反向恢復電荷的絕對值比最接近的競爭產(chǎn)品要好3倍。我們達到了所有這些成果，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爭對手產(chǎn)品的一半，在650V下的碳化硅芯片面積僅為對手的25%。”Chris Dries表示，對于USCi來(lái)說(shuō)，650V電壓級別是一個(gè)巨大的優(yōu)勢，由于掌握該技術(shù)，使得電壓級別上與Si超結型 (superjunction)競爭對手產(chǎn)品的價(jià)格接近。也是因為掌握該技術(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

對于中國市場(chǎng)，USCi寄予了很深的期望。“中國不僅地域遼闊，還有很多商機，加上巨大的市場(chǎng)規模，使得在中國銷(xiāo)售與世界其它地區有所不同。” Chris Dries表示，目前USCi在中國擁有多個(gè)全球和本地的分銷(xiāo)渠道，未來(lái)打算至少在深圳和上海開(kāi)設辦事處，并且聘請一些本地的銷(xiāo)售人員和現場(chǎng)應用工程師。“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，我們在美國有很多懂中文的工程師，并且已經(jīng)在美國制作了一些中文的內容和演示。” Chris Dries表示，USCi正在探索利用社交媒體來(lái)發(fā)布這些內容，并將USCi品牌發(fā)展成為大功率轉換領(lǐng)域的思想領(lǐng)導者，特別是與碳化硅有關(guān)的領(lǐng)域。

“在中國，我們還沒(méi)有看到來(lái)自器件制造商的直接競爭，但對手肯定將會(huì )出現。而這就是USCi不斷進(jìn)行器件技術(shù)創(chuàng )新的原因，我們力爭在技術(shù)范疇遠遠超越競爭對手，要比它們超出多個(gè)世代。”Chris Dries表示，近幾年中國企業(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(lái)自中國的硅基底供應增長(cháng)。另外，USCi也已經(jīng)與一些中國的基底制造商會(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(xiāo)商合作伙伴聯(lián)手，大量投資在中國制造的模塊。“基底成本的速度降低越快，我們的市場(chǎng)就越大，能夠從傳統硅器件手中奪得的市場(chǎng)也就越多。”Chris Dries認為。

據介紹，USCi目前的生產(chǎn)制造主要在美國工廠(chǎng)，一條是100mm生產(chǎn)線(xiàn)；而另一條是符合汽車(chē)品質(zhì)要求的150mm生產(chǎn)線(xiàn)。后端制造則位于菲律賓和中國。其中100mm生產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)主要面向在傳統汽車(chē)應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(cháng)。據介紹，以目前的產(chǎn)能來(lái)看，大概可以達到每月5000個(gè)6吋晶圓。“雖然基底供應短期內緊張，但未來(lái)18個(gè)月將有額外產(chǎn)能上線(xiàn)，相信我們快將回到正常供應狀態(tài)。”Chris Dries最后表示，雖然目前團隊成員中在GaN方面有著(zhù)豐富的經(jīng)驗，但USCi的發(fā)展重點(diǎn)集中在擁有穩健性和市場(chǎng)成熟度的碳化硅器件，暫時(shí)無(wú)意發(fā)展GaN器件。