【原创】瑞能半导体--第六代碳化硅已达国际水准!

作者:张国斌

目前,全球电动汽车市场走热,节能减排加速清洁能源普及以及充电桩需求加大,这几个因素叠加推动了对大功率半导体的需求,市场需要耐高压、耐高热的新型功能半导体器件,而第三代半导体材料因其具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力,成为未来大功率应用领域不二选择。那第三代半导体的代表器件---碳化硅未来有什么样的发展趋势?我们来听听这个领域领军者瑞能半导体的分享。

在4月的中旬的慕尼黑上海电子展上,我们采访了瑞能半导体科技股份有限公司半导体市场部总监谢丰,他结合瑞能的产品分享了碳化硅器件的未来发展。

瑞能半导体有限公司是由恩智浦半导体与北京建广资产管理有限公司共同投资建立的高科技合资企业,于2016年1月19日宣布正式开业,运营中心落户上海。作为全球功率半导体行业的佼佼者,瑞能半导体专注于研发行业领先、广泛且深入的双极功率半导体产品组合,公司主要产品主要包括晶闸管和功率二极管等。广泛应用于以家电为代表的消费电子、以通信电源为代表的工业制造、新能源及汽车等领域。

谢丰表示瑞能的碳化硅已经迭代到第六代,瑞能认为碳化硅会大量应用到电动汽车领域,未来发展方向就是高电压、大电流、大功率。目前瑞能已经推出了 1200V的碳化硅Mosfet。他强调碳化硅在高温高频下的稳定性很好,耐压能力也很强 ,瑞能可以实现1700V或者3300V的碳化硅产品。

据介绍,碳化硅材料拥有更低的本征载流子浓度,约 10-9cm-3 量级,而硅材料的这一数据是 1010cm-3 量级,这都是室温时的数值,本征载流子浓度的一个显著特征是其会随着温度的线性增加而近似呈指数增加。对硅材料来说,温度接近 200℃时,本征载流子浓度达到了 1014cm-3量级,这个量级已经与硅正常 PN 结的掺杂浓度相当,易导致产品性能破坏性失效。碳化硅产品由于超低的本征载流子浓度,这一温度节点上升到了 600℃以上,这就是碳化硅器件可以承受更高温度的原因。但现在常见商用的碳化硅产品因为封装技术和应用的限制,还是在产品手册上仅仅标示 175℃的最高结温。即便如此,三倍于硅材料的热导率,仍然让碳化硅产品拥有比硅产品更优异的高温性能表现。

他表示随着碳化硅衬底成本降低,未来碳化硅的成本有望大幅度降低,“作为国内头部碳化硅供应商,我们的产品性能可以说是媲美国际品牌的,碳化硅的二极管产品现是最先进的第六代碳化硅二极管,国内仅有瑞能可以推出。”他强调,“瑞能主要还是以MPS或者JBS加上薄片工艺做碳化硅二极管产品,这是国际主流技术,相对于国际品牌来,我们的性能、可靠性方面获得一线客户认可。”

他指出碳化硅的增量市场包括5G通信电源,新标下的空调电源--”国家颁布的新的《空调能效标准》对空调能效提升了很多。空调厂商也做了很多改进来适应能效要求,也反过来要求我们器件供应商做器件的改进,适应变化。如以前空调工作频率20K赫兹,现在都是60、70K赫兹,我们第五代软恢复二极管,让整体EMI性能更加好,我们碳化硅产品被国内主要空调厂商批量使用,出货量很大。“他解释说。“对于充电桩或者新能源汽车这块,瑞能也有布局,如1200V的快恢复二极管在充电桩被很多客户使用,650V和1200V的碳化硅在充电桩里面也应用很多。”

【原创】瑞能半导体--第六代碳化硅已达国际水准!

不过他也坦承碳化硅的最大挑战是其可靠性,”硅已经发展了五六十年了,大家对硅都研究得很清楚了,包括怎么把器件设计得更加可靠,有非常多理论做支持,但是大家对碳化硅大的认知时间比较短,还需要更多的研究和探索,从衬底这块怎么把缺陷降低,器件上怎么做更好的设计,提升产品的质量和可靠性,都需要时间,需要花更多精力研究。”他指出,“ 至于碳化硅是不是能达到硅的成本,时间点很难说,碳化硅的确真正开始商用是2000年左右,真正大规模商用可能是2017、18年,随着使用的越来越多,其成本一定会降低,但是碳化硅本身材料的属性和生产的难度决定了它要达到和硅一样的成本还有很长的路要走,但我觉得它一定会降价。”

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