技术：【中瑞论坛专题】深圳基本半导体有限公司CEO和巍巍：第三代半导体碳化硅功率器件技术与应用
2019年11月 ， 由中国科学技术协会、深圳市人民政府主办 ， 中国科协企业创新服务中心、广东省科学技术协会、深圳市科学技术协会、南山区人民政府承办的2019中瑞产学研发展论坛在深圳成功举办 。
为落实中国与瑞典皇家工程科学院的合作协议 ， 探索中瑞产学研创新合作 ， 促进国内第三代半导体产业的快速发展 ， 论坛以“聚力创新 ， 合作共赢”为主题 ， 举办了“第三代半导体产业高峰论坛”分论坛 。 深圳基本半导体有限公司CEO 和巍巍为现场观众带来“第三代半导体碳化硅功率器件技术与应用”的主题分享 。
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碳化硅产业情况碳化硅作为工业器件来用时有250多种晶形 ， 常用的是4H的碳化硅 ， 这种碳化硅的晶形对比硅来说在材料上有很多的优势 ， 如比硅要好3倍 。 材料性能上 ， 在它做成工业器件以后就可以有高频、高效、高温和高压的优势 ， 是下一代功率半导体的发展方向 。
目前碳化硅功率器件主要应用在650伏以上的电力电子、光伏电器、电动汽车的电机控制器等领域 ， 未来在白色家电、轨道交通、医疗设备、国防军工等领域也会得到广泛的应用 。 中国、欧盟、日本、美国都有相应的支持政策 。 市场容量方面 ， 2018年大概是5亿美元 ， 增长速度是年化30% ， 但是最近这个速度可能会加快 ， 主要原因是电动车的推动 。 特斯拉已经开始批量使用碳化硅 ， 很多公司也宣布要推进碳化硅的应用 ， 未来发展速度会更快 。
【技术：【中瑞论坛专题】深圳基本半导体有限公司CEO和巍巍：第三代半导体碳化硅功率器件技术与应用】国外碳化硅做得比较好 ， 尤其是美国、日本、德国 。 德国以英飞凌为代表 ， 二极管发展得比较成熟 。 商业化应用是2001年英飞凌提出的 ， 现在已经过了18年 ， 大概全球有20多家公司可以提供碳化硅二极管的产品 。 碳化硅的产业链分为几个部分 ， 第一个是衬底 ， 第二个是外延 ， 第三个是工艺 ， 器件的设计、封装以及最后系统的应用 。 有一些公司是全产业链的 ， IDM的模式 ， 从衬底到封装到最后应用都有 。 有一些公司就只做其中的某一些环节 ， 比如说只做衬底 ， 国内东莞等地的公司主要是做外延 ， 深圳基本半导体有限公司主要是做“外延—工艺—封装”环节 。
我国是全世界为数不多的、碳化硅全产业链都能做的国家 。 从各个环节来看 ， 与世界上最领先的水平还有一些差距 。 比如说衬底 ， 有些公司已经宣布了8寸的衬底 ， 但是国内6寸还没有得到大批量的应用 。 从外延环节来看差距小一些 ， 从器件来看差距比较大 。 现在国内只有几家公司能做碳化硅二极管 ， 虽然深圳基本半导体有限公司能够销售商业化的产品 ， 但是与国际先进性还有一定的差距 。
我国从政府到民间对这个行业非常重视 。 有很多的资源 ， 包括前一段时间华为也进行了投资 ， 主要是看重了碳化硅衬底的生产能力 ， 相信有这么多资源的支持 ， 我国碳化硅的行业一定能够得到快速发展 。
碳化硅器件的典型应用首先是电动汽车 ， DC/AC ， OBC ， DC/DC ， 有些公司已经大批量使用这些器件了 。 DC/DC有些还处于开发阶段 ， 预计2023年左右会推出正式商用的产品 。
碳化硅在新能源汽车中的应用 ， 可以把体积缩小、重量减轻 ， 效率可以提高一部分 ， 大概能提高3～8个百分点 。 现在主流的封装方案还没有确定 ， 各种方案都有 ， 有单管的 ， 也有三向的 ， 未来封装会是哪种还需要进一步的研究 。 碳化硅器件做电动汽车其实是有相当的难度的 ， 因为车的半导体要求比较高 ， 对于公司来说需要符合TS 16949的标准 ， 在过程中要符合6.3的管控 ， 单管的器件要符合AEC-Q 101和AQG 324等标准 。
再有就是产业开发周期比较长 ， 行业壁垒比较高 。 在国防军工领域有很多项目在合作 。 据了解 ， 美国的飞机和战舰都有用到碳化硅 ， 航空航天也有用到 ， 在宇宙中用到的寿命比较长一点 ， 也可以做比较高的温度 ， 可以做节能超过200度的产品 。 另外一个典型应用是在轨道交通上 。 2013年2月 ， 三菱成为全球首次在轨道交通上使用碳化硅的公司 ， 当时用在了辅助电源上面 ， 体积、重量和效率都有一定的提升 。 2019年在日本的新干线上 ， 最新型号的N700S已经使用了全套硅 ， 用在主力电器上面 ， 重量可以减少19% ， 效率和体积都有一定的提升 。 轨道交通对半导体的要求更高 ， 除了车规级要求以外 ， 对振动、延误、温度、寿命要求都比车规要高一些 。
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