第三代半导体的明日之星-SiC碳化硅

文摘   2023-11-19 10:32   山东  

汽车业的世纪革命:电动车

世界第一台汽车,在1885年问世。汽车产业发展至今,电动车所带来的世纪革命已然成型。随着各国的绿能政策推动、碳排放标准的限制,电动车销售量预估到2030年将达到2200万辆,市场规模成长近10倍。美国与欧洲,多国政府领袖宣布将于2035年,汽车全面采用干净能源。

根据统计,2020年,全球汽车与其周边产业的年产值约为4兆美元,是半导体产业年产值4,250亿美元的10倍。一个庞大的电动车市场快速成长,将使传统汽油动力推动的汽车产业解构,半导体产业将出现巨大新需求。

传统汽车的耗油率是由引擎决定,未来电动车的续航力则是由第三代半导体SiC技术决定。调研机构Yole Developpement报告指出,自从特斯拉 (Tesla) 领先全球在 Model 3的逆变器模块上采用SiC,创造优越的续航力,SiC便成为市场宠儿,许多车厂和半导体厂商已如火如荼地在磊晶、组件制造、晶圆制造等供应链上垂直整合布局。

干净能源时代来临,电动车将取代传统燃油车


汉民SiC制程研发成果及挑战

汉民科技为了发展第三代半导体,成立SiC部门专责研发SiC技术,自行设计长晶炉 (6’’SiC Furnace),经过2000℃-2500℃的长时间长晶 (SiC Boule) 完成,晶锭开始定位加工 (SiC Boule Machining),成为标准圆柱形,接着进行复线切割,移除晶体表面的损伤层 (Slicing/Lapping),最终利用化学机械研磨 (CMP),产出粗造度小于0.1奈米、微孔缺陷 (Micropipe) 密度小于每平方公分0.06个晶圆,目前正朝商业化量产的目标前进。

SiC Manufacturing Process

SiC (n-type) Crystal Quality


SiC市场应用范畴

SiC的宽能隙 (Band Gap) 比现有Si (硅) 的能隙宽度宽3倍以上,可承受10倍以上的电压,SiC的低损耗、高功率特性适用在高电压与大电流的应用场域,包含电动车、电动车充电基础设施、太阳能以及离岸风电等绿能发电设备。第三代半导体材料SiC较传统Si,能降低50%电能转换损耗、降低20%的电源转换成本,还能提升电动车4%的续航能力。

目前的电动车主要是200V-450V的电池动力系统,更高阶的车款则将推进到800V的电池动力系统。市场对于延长电池的续航力、增加电池容量,及缩短充电时间等有极大需求,电池将朝高电压800V的方向发展,这使能承受高电压的SiC被寄予厚望。根据意法半导体的观察,只要是800V的电池动力系统,都将会是SiC的市场


SiC能有效解决电动车和绿能设备的高电压需求



碳化硅SiC半导体材料
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