在環(huán)境問題、國家法規(guī)和消費(fèi)者壓力的推動(dòng)下，全球汽車電氣化競(jìng)賽正在進(jìn)行。碳化硅 (SiC)是一種寬帶隙半導(dǎo)體，一直是電動(dòng)汽車(EV)的技術(shù)加速器，因?yàn)樗岣吡?a target="_blank">電力電子子系統(tǒng)的功率密度，同時(shí)降低了其整體尺寸、重量和成本。開發(fā)人員必須滿足在保持車輛尺寸的同時(shí)將更多人員和貨物放入電動(dòng)汽車的需求。因此，市場(chǎng)正朝著使用 SiC 器件減小功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的尺寸和重量的方向發(fā)展。

隨著行業(yè)從內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車，采用可以提高效率、提供更長續(xù)航里程和更快充電的新解決方案將為整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)帶來好處，設(shè)備制造商希望確保他們能夠獲得高質(zhì)量的 SiC 襯底以支持他們的客戶。

為了繼續(xù)支持其市場(chǎng)地位，ST 宣布與 Cree 旗下公司 Wolfspeed 擴(kuò)大其 150 毫米 SiC 晶片的供應(yīng)協(xié)議。修訂后的協(xié)議要求 Cree 在未來幾年內(nèi)向 ST 提供 150 毫米裸露和外延 SiC 晶圓，現(xiàn)在價(jià)值超過 8 億美元。?

在接受《電力電子新聞》采訪時(shí)，意法半導(dǎo)體功率晶體管部門營銷傳播主管 Gianfranco DiMarco 強(qiáng)調(diào)了 SiC 解決方案的競(jìng)賽，不僅適用于電動(dòng)汽車市場(chǎng)，而且適用于所有行業(yè)。

意法半導(dǎo)體的 Gianfranco DiMarco

“為了滿足對(duì) SiC MOSFET 和二極管不斷增長的需求，意法半導(dǎo)體與采購合作伙伴簽署了[并且，正如本公告中強(qiáng)調(diào)的，擴(kuò)大了]與采購合作伙伴的長期晶圓供應(yīng)協(xié)議，”DiMarco 說。“與第三方供應(yīng)商達(dá)成的這些戰(zhàn)略協(xié)議將支持我們的增長計(jì)劃，并使我們能夠繼續(xù)為客戶服務(wù)。與此同時(shí)，我們最近宣布生產(chǎn)我們自己的第一批 200 毫米晶圓，目標(biāo)是到 2024 年底通過內(nèi)部生產(chǎn)滿足我們 40% 的 SiC 晶圓需求。從應(yīng)用的角度來看，很明顯，汽車領(lǐng)域仍然是當(dāng)今 SiC 器件的最大用戶，但對(duì)于 ST，正如我們幾周前披露的那樣，我們目前有一半的項(xiàng)目針對(duì)工業(yè)應(yīng)用，因此我們預(yù)計(jì)該領(lǐng)域也會(huì)增長，從而使市場(chǎng)敞口更加平衡。”

電動(dòng)汽車用碳化硅

Cree-ST 協(xié)議將繼續(xù)滿足未來幾年對(duì) SiC 器件的大批量需求。市場(chǎng)研究公司 Yole Développement 預(yù)測(cè)，到 2026 年，電動(dòng)汽車的市場(chǎng)需求每年將超過 4000 萬輛，反映了 2020 年和最終預(yù)測(cè)年度之間 35% 的復(fù)合年增長率。

汽車制造商已透露計(jì)劃在未來 5 到 10 年內(nèi)投資超過 3000 億美元用于電動(dòng)汽車。新車型具有不同的電氣化水平，從輕度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、全混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車到零排放電池電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車。

對(duì)于道路上的每輛電動(dòng)汽車，續(xù)航里程更長的電動(dòng)汽車不僅應(yīng)該成為常態(tài)，而且電池應(yīng)該更實(shí)惠且充電速度更快。隨著硅達(dá)到其理論極限，由于其更寬的帶隙、更高的擊穿電場(chǎng)和更高的熱導(dǎo)率，該行業(yè)正在轉(zhuǎn)向電力電子行業(yè)的SiC。與硅元件相比，基于 SiC 的 MOSFET 確實(shí)實(shí)現(xiàn)了更低的損耗、更高的開關(guān)頻率和更高的功率密度。

碳化硅晶片

碳化硅晶片

SiC 的物理鍵非常強(qiáng)，這使半導(dǎo)體材料具有很高的機(jī)械、化學(xué)和熱穩(wěn)定性。

盡管如此，碳化硅晶圓制造是一個(gè)微妙的過程。并非所有晶圓都適用于最終解決方案，例如二極管和 MOSFET。“當(dāng)然，碳化硅晶圓 [和設(shè)備] 的制造仍然存在一些挑戰(zhàn)，”DiMarco 說。“一些障礙就像行業(yè)在發(fā)展更大的硅片時(shí)所面臨的障礙，包括供應(yīng)商數(shù)量有限以及基本材料和制造工藝的純度和缺陷密度。作為一個(gè)行業(yè)，隨著時(shí)間和適當(dāng)?shù)耐顿Y，我們已經(jīng)設(shè)法克服了硅片生產(chǎn)中的這些挑戰(zhàn)，我們將繼續(xù)在 SiC 方面取得進(jìn)步。”

因此，盡管該行業(yè)正在努力實(shí)現(xiàn) 200 毫米直徑的晶圓，但業(yè)界仍非常關(guān)注改進(jìn)和優(yōu)化 150 毫米晶圓的技術(shù)。

“行業(yè)已經(jīng)開始向更大直徑的 SiC 晶片過渡，即使在 200 毫米晶片成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之前還有一些障礙需要克服，”DiMarco 說。“碳化硅晶片本質(zhì)上比相同尺寸的硅晶片更難加工。隨著 ST 對(duì) ex-Norstel AB 的收購，我們擁有適當(dāng)?shù)膶I(yè)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)來平穩(wěn)過渡。當(dāng)然，我們預(yù)計(jì) 150 毫米和 200 毫米晶圓制造將共存。

“ST 決定成為 SiC 器件的垂直集成供應(yīng)商，這使我們能夠滿足客戶需求，”他總結(jié)道。“雖然我們預(yù)計(jì)無法在內(nèi)部滿足我們對(duì) SiC 晶圓的全部需求，但與 Cree 簽訂的此類供應(yīng)協(xié)議向我們的客戶保證，我們將能夠通過盡可能滿足他們的需求來為他們提供服務(wù)。”

審核編輯 黃昊宇