碳化硅（SIC）功率器件的產(chǎn)業(yè)化之路！-國(guó)晶微半導(dǎo)體

    SIC材料具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)。SiC和GaN是第三代半導(dǎo)體材料，與**二代半導(dǎo)體材料相比，具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場(chǎng)、更高的熱導(dǎo)率等性能優(yōu)勢(shì)，所以又叫寬禁帶半導(dǎo)體材料，特別適用于5G射頻器件和高電壓功率器件。

    SIC功率器件如SICMOS，相比于Si基的IGBT，其導(dǎo)通電阻可以做的更低，體現(xiàn)在產(chǎn)品上面，就是尺寸降低，從而縮小體積，并且開關(guān)速度快，功耗相比于傳統(tǒng)功率器件要大大降低。在電動(dòng)車領(lǐng)域，電池重量大且價(jià)值量高，如果在SIC器件的使用中可以降低功耗，減小體積，那么在電池的安排上就更游刃有余；同時(shí)在高壓直流充電樁中應(yīng)用SIC會(huì)使得充電時(shí)間大大縮短，帶來(lái)的巨大社會(huì)效益。

    行業(yè)發(fā)展的瓶頸目前在于SIC襯底成本高：目前SIC的成本是Si的4-5倍，預(yù)計(jì)未來(lái)3-5年價(jià)格會(huì)逐漸降為Si的2倍左右，SIC行業(yè)的增速取決于SIC產(chǎn)業(yè)鏈成熟的速度，目前成本較高，且SIC器件產(chǎn)品參數(shù)和質(zhì)量還未經(jīng)足夠驗(yàn)證。

    SICMOS的產(chǎn)品穩(wěn)定性需要時(shí)間驗(yàn)證：根據(jù)英飛凌2020年功率半導(dǎo)體應(yīng)用大會(huì)上專家披露，目前SiCMOSFET真正落地的時(shí)間還非常短，在車載領(lǐng)域才剛開始商用（Model3中率先使用了SICMOS的功率模塊），一些諸如短路耐受時(shí)間等技術(shù)指標(biāo)沒(méi)有提供足夠多的驗(yàn)證，SICMOS在車載和工控等領(lǐng)域驗(yàn)證自己的穩(wěn)定性和壽命等指標(biāo)需要較長(zhǎng)時(shí)間。

    SiC具有前述所說(shuō)的各種優(yōu)勢(shì)，是高壓/高功率/高頻的功率器件相對(duì)理想的材料,所以SiC功率器件在新能源車、充電樁、新能源發(fā)電的光伏風(fēng)電等這些對(duì)效率、節(jié)能和損耗等指標(biāo)比較看重的領(lǐng)域，具有明顯的發(fā)展前景。

    高頻低壓用Si-IGBT,高頻高壓用SiCMOS,電壓功率不大但是高頻則用GaN。當(dāng)?shù)皖l、高壓的情況下用Si的IGBT是**，如果稍稍高頻但是電壓不是很高，功率不是很高的情況下，用Si的MOSFET是**。如果既是高頻又是高壓的情況下，用SiC的MOSFET**。電壓不需要很大，功率不需要很大，但是頻率需要很高，這種情況下用GaN效果**。

    同時(shí)SICMOS在快充充電樁等領(lǐng)域也將大有可為?？焖俪潆姌妒菍⑼獠拷涣麟?透過(guò)IGBT或者SICMOS轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?然后直接對(duì)新能源汽車電池進(jìn)行充電，對(duì)于損耗和其自身占用體積問(wèn)題也很敏感，因此不考慮成本，SICMOS比IGBT更有前景和需求，由于目前SIC的成本目前是Si的4-5倍，因此會(huì)在高功率規(guī)格的快速充電樁首先導(dǎo)入。在光伏領(lǐng)域，高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆變器未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，因此基于性能更優(yōu)異的SIC材料的光伏逆變器也將是未來(lái)重要的應(yīng)用趨勢(shì)。

    SIC肖特基二極管的應(yīng)用比傳統(tǒng)的肖特基二極管同樣有優(yōu)勢(shì)。碳化硅肖特基二極管相比于傳統(tǒng)的硅快恢復(fù)二極管（SiFRD），具有理想的反向恢復(fù)特性。在器件從正向?qū)ㄏ蚍聪蜃钄噢D(zhuǎn)換時(shí)，幾乎沒(méi)有反向恢復(fù)電流，反向恢復(fù)時(shí)間小于20ns，因此碳化硅肖特基二極管可以工作在更高的頻率，在相同頻率下具有更高的效率。另一個(gè)重要的特點(diǎn)是碳化硅肖特基二極管具有正的溫度系數(shù)，隨著溫度的上升電阻也逐漸上升，這使得SIC肖特基二極管非常適合并聯(lián)實(shí)用，增加了系統(tǒng)的安全性和可靠性?？偨Y(jié)來(lái)看，SIC肖特基二極管具有的特點(diǎn)如下：1）幾乎無(wú)開關(guān)損耗；2）更高的開關(guān)頻率；3）更高的效率；4）更高的工作溫度；5）正的溫度系數(shù)，適合于并聯(lián)工作，6）開關(guān)特性幾乎與溫度無(wú)關(guān)。

    由于碳化硅材料特殊的物理性質(zhì)，其晶體生長(zhǎng)、晶體切割、晶片加工等環(huán)節(jié)的技術(shù)和工藝要求高，需要長(zhǎng)期投入和深耕才能形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力，行業(yè)門檻很高。

    后進(jìn)入的碳化硅晶片生產(chǎn)商在短期內(nèi)形成規(guī)?；?yīng)能力存在較大難度，市場(chǎng)供給仍主要依靠現(xiàn)有晶片生產(chǎn)商擴(kuò)大自身生產(chǎn)能力，國(guó)內(nèi)碳化硅晶片供給不足的局面預(yù)計(jì)仍將維持一段時(shí)間。

    無(wú)錫國(guó)晶微半導(dǎo)體技術(shù)有限公司是寬禁帶第三代半導(dǎo)體碳化硅SiC功率器件、氮化鎵GaN光電器件以及常規(guī)集成電路研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的高科技創(chuàng)新型企業(yè)，從事碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管，碳化硅肖特基二極管、GaN光電光耦繼電器、單片機(jī)集成電路等產(chǎn)品芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與銷售并提供相關(guān)產(chǎn)品整體方案設(shè)計(jì)配套服務(wù)，總部位于江蘇省無(wú)錫市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)，并在杭州、深圳和香港設(shè)有研發(fā)中心和銷售服務(wù)支持中心及辦事處。

    公司具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的研發(fā)實(shí)力，專注于為客戶提供高效能、低功耗、低阻值、品質(zhì)穩(wěn)定的碳化硅高低功率器件及光電集成電路產(chǎn)品，同時(shí)提供一站式的應(yīng)用解決方案和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持服務(wù)，使客戶的系統(tǒng)性能優(yōu)異、靈活可靠，并具有成本競(jìng)爭(zhēng)力。

    公司的碳化硅功率器件涵蓋650V/2A-100A，1200V/2A-90A，1700V/5A-80A等系列，產(chǎn)品已經(jīng)投入批量生產(chǎn)，產(chǎn)品完全可以對(duì)標(biāo)國(guó)際品牌同行的先進(jìn)品質(zhì)及水平。先后推出全電流電壓等級(jí)碳化硅肖特基二極管、通過(guò)工業(yè)級(jí)、車規(guī)級(jí)可靠性測(cè)試的碳化硅MOSFET系列產(chǎn)品，性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，應(yīng)用于太陽(yáng)能逆變電源、新能源電動(dòng)汽車及充電樁、智能電網(wǎng)、高頻電焊、軌道交通、工業(yè)控制特種電源、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。由于其具有高速開關(guān)和低導(dǎo)通電阻的特性，即使在高溫條件下也能體現(xiàn)優(yōu)異的電氣特性，大幅降低開關(guān)損耗，使元器件更小型化及輕量化，效能更高效，提高系統(tǒng)整體可靠性，可使電動(dòng)汽車在續(xù)航里程提升10%，整車重量降低5%左右，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)用充電樁的高溫環(huán)境下安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

    特別在高低壓光耦半導(dǎo)體技術(shù)方面更是擁有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。在國(guó)內(nèi)創(chuàng)先設(shè)計(jì)開發(fā)了28nm光敏光柵開關(guān)PVG芯片技術(shù)，并成功量產(chǎn)應(yīng)用于60V、400V、600V高低壓、低內(nèi)阻、低電容的光電耦合繼電器芯片、涵蓋1500kVrmsSOP超小封裝及3750kVrms隔離增強(qiáng)型常規(guī)SMD、DIP等不同封裝，單路、雙路、混合雙路、常開常閉等電路產(chǎn)品，另包括200VSOIMOS/LIGBT集成芯片、100VCMOS/LDMOS集成芯片、8bit及32bit單片機(jī)等集成電路產(chǎn)品，均獲得市場(chǎng)及各重點(diǎn)科研單位、檢測(cè)機(jī)構(gòu)的新產(chǎn)品認(rèn)定。

    公司核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)中大部分工程師擁有碩士及以上學(xué)位，并有多名博士主持項(xiàng)目的開發(fā)。公司建立了科技創(chuàng)新和知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理的規(guī)范體系，在電路設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體器件及工藝設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、器件模型提取等方面積累了眾多核心技術(shù)，擁有多項(xiàng)國(guó)際、國(guó)內(nèi)自主發(fā)明專利。

    “國(guó)之重器，從晶出發(fā)，自強(qiáng)自主，成就百年”是國(guó)晶微半導(dǎo)體的企業(yè)目標(biāo)，我們?yōu)閱T工提供精彩的發(fā)展空間，為客戶提供精良的產(chǎn)品服務(wù)，我們真誠(chéng)期待與您攜手共贏未來(lái)。