中心提示：跟着以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体资料(即第三代半导体资料)设备、制作工艺与器材物理的迅速展开，SiC和GaN基的电力电子器材逐步成为功率半导体器材的重要展开方向。第三代半导体功率器材以更高的击穿电压、更高的热导率、更高的电子饱满漂移速率和更高的抗辐射才能开端在军事、航空航天等范畴锋芒毕露。据悉于2017年10月25日在上海IC CHINA和我国电子展期间举行的“第二届电源半导体技能论坛”将要点讨论这一热门议题。

  跟着以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体资料(即第三代半导体资料)设备、制作工艺与器材物理的迅速展开，SiC和GaN基的电力电子器材逐步成为功率半导体器材的重要展开方向。第三代半导体功率器材以更高的击穿电压、更高的热导率、更高的电子饱满漂移速率和更高的抗辐射才能开端在军事、航空航天等范畴锋芒毕露。据悉于2017年10月25日在上海IC CHINA和我国电子展期间举行的“第二届电源半导体技能论坛”将要点讨论这一热门议题。

  半导体工业展开至今阅历了三个阶段，榜首代半导体资料以硅(Si)为代表。第二代半导体资料砷化镓(GaAs)也现已广泛运用。而以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)等宽禁带为代表的第三代半导体资料，相较前两代产品，功能优势显着并遭到业界的广泛好评。第三代半导体具有高击穿电场、高饱满电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特色，因而也被业界称为固态光源、电力电子、微波射频器材的“核芯”以及光电子和微电子等工业的“新发动机”。展开较好的宽禁带半导体首要是SiC和GaN，其间SiC的展开更早一些。SiC、GaN、Si以及GaAs的一些参数如下图所示：

  可见，SiC和GaN的禁带宽度远大于Si和GaAs，相应的本征载流子浓度小于Si和GaAs，宽禁带半导体的最高工作温度要高于榜首、第二代半导体资料。击穿场强和饱满热导率也远大于Si和GaAs。以SiC为例，其具有宽的禁带宽度、高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱满速率及更高的抗辐射才能，十分适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器材。

  产品被商场所承受，价格和功能是最首要的考虑要素。SiC的功能毋庸置疑，但本钱仍是比硅产品高，在相同特性、相同电压、相同运用条件的状况下，大约会比硅产品贵5~6倍，因而，现阶段只能从要求高功能、且对价格不是很灵敏的运用开端来代替硅产品，例如轿车、轿车充电桩、太阳能等。要代替硅制产品，SiC仍是有很大的展开空间的。当SiC的本钱能降到硅的2~3倍的时分，应该会构成很大的商场规划。到2020年，EV轿车大规划推出的时分，SiC商场会有爆发式的增加。

  在运用方面，依据第三代半导体的展开状况，其首要运用为半导体照明、电力电子器材、激光器和探测器、以及其他4个范畴，每个范畴工业老练度各不相同，如下图所示。在前沿研讨范畴，宽禁带半导体还处于实验室研制阶段。

  下面，咱们要点重视一下其在功率办理方面的运用状况。许多公司开端研制SiC MOSFET，抢先企业包含包含英飞凌(Infineon)、科锐(Cree)旗下的Wolfspeed、罗姆(ROHM)、意法半导体(STMicroelctronics)、三菱和通用电气等。与此相反，进入GaN商场中的玩家较少，起步较晚。

  SiC的电力电子器材商场在2016年正式构成，商场规划约在2.1亿~2.4亿美金之间。而据Yole最新猜测，SiC商场规划在2021年将上涨到5.5亿美金，这期间的复合年均增加率估计将达19%。现在，全球有超越30家公司在电力电子范畴具有SiC、GaN相关产品的出产、规划、制作和出售才能。2016年SiC不管在衬底资料、器材仍是在运用方面，均有很大展开，现已开宣告耐压水平超越20KV的IGBT样片。

  耗费许多二极管的功率要素校对(PFC)电源商场，仍将是SiC功率半导体最首要的运用。紧随PFC电源商场之后的运用范畴是光伏逆变器。现在，许多光伏逆变器制作商将SiC二极管和MOSFET运用于他们的产品之中。SiC二极管的运用能够为光伏逆变器供给许多功能优势，包含前进功率、下降尺度和分量等。此外，SiC二极管能在必定功率范围内下降体系本钱。

  现在，这两家公司都把目光放在怎么完成将SiC器材集成到功率组件和转化器上的工业化运用问题，一起也能为这些SiC器材体系供给经特别规划的封装。Infineon公司现已具有了开发用于SiC器材功率组件所需的技能根底。

  除了Infineon和Cree外，日本的ROHM也是在SiC功率器材研制方面有大投入的公司。

  因为SiC功率器材可显着削减功率转化损耗，2010年，ROHM首先宣告量产SiC MOSFET产品，开端了这一产品的商场化进程。与其他SiC厂商比较，ROHM的优势在于一条龙的出产体系。2009年，ROHM收买了SiCrystal公司，它是一家专门做SiC资料的德国企业，有了它供给资料，ROHM会在德国完结晶圆，然后在日本的福冈、京都做芯片的封装和SiC模组，据悉，ROHM是全球仅有一家能够完成一条龙出产的SiC厂商。其产品电压为650V和1200V，往后还会推出1700V乃至更高电压的产品，首要针对铁路、太阳能、风能等运用。

  太阳能和风能功率产品的最大差异在于，太阳能一般有1200V就能够了，而风能必需求1700V，乃至3300V。家用车一般为650V，大巴需求1200V，高铁则或许需求1700V或3300V以上。下降芯片尺度;或是在相同芯片尺度的状况下，下降导通电阻，都是各巨子的攻关方向。

  2016年的半导体范畴并购案中，直接触及第三代半导体的有4项，触及买卖金额达100亿美元。其间以Infineon收买Cree分拆的Wolfspeed对工业格式影响最大，假如能够成功收买Wolfspeed的话，Infineon将在原有的根底上进一步强壮，会成为全球排名榜首的SiC功率器材供货商。但该项买卖于2017年2月16日，因为美国外国出资委员会(CFIUS)重视的国家安全问题而被逼间断。

  在模仿、特别是功率并购商场，Infineon一向扮演着急先锋的人物。为扩展功率半导体事务，该公司于2015年头，用大约30亿美元收买了功率半导体元件和功率办理IC厂商美国世界整流器(IR)公司，这是英飞凌公司史上最大规划的收买案。英飞凌多年以来一向是功率半导体职业规划最大的厂商，经过收买IR，其全球商场份额进一步提高，到达20%。

  2015年，Infineon还并购了韩国企业LS Power Semitech的股权，收买了专心于驾驭辅佐体系的PCB制作商Schweizer Electronic and TTTech的股权，以及与松下就未来的GaN技能展开协作等战略性收买和协作项目，其在模仿，特别是功率事务方面的拓宽动作一再。为什么会这样呢?一方面是根据大的工业环境，这些年全球半导体工业增加乏力，乃至出现了负增加，厂商利润率下降显着，像英飞凌这样有必定规划和实力的厂商则面向具有巨大增加潜力的物联网、车联网、5G等商场，根据自身的技能优势，寻求财物的优化整合，以丰厚、加强自身的产品线，扩展产品组合，增强企业的抗危险才能，经过兼并推动营收增加，赢得更多的商场份额。另一方面，频频并购也是根据企业足够的现金储藏，英飞凌2015年的财报体现优异，收入到达58亿欧元，同比增加34%。其4大事务部门(轿车电子、电源办理及多元化商场、工业功率操控、智能卡与安全)均有不俗体现，根据此，英飞凌从前表明，会将并购举动当作企业未来展开和强化自身实力的重要战略。

  纵观近几年我国半导体的展开，凭借工业扶持基金进行海外收买现已成为提高我国工业实力的有力兵器。但考虑到第三代半导体工业的资金和技能双密布特色，特别是SiC和GaN资料和芯片许多运用于军事范畴，海外收买第三代半导体相关技能和公司将会越来越困难。美国政府以“国家安全”为由阻挠金沙江收买Lumiled、宏芯出资基金收买德国Aixtron便是其佐证。仙童半导体于2015年12月拒绝了我国出资财团榜首次提出的收买方案，但随后于2016年1月5日宣告，将考虑华润微电子与华创出资的修订方案。在新方案中，我国资本愿以每股21.70美元的现金收买仙童，这一价格远远高于安森美提出的每股20美元。惋惜的是，因为美国政府对我国企业并购的约束，我国人的高价橄榄枝并没有取得通行证，仙童在拒绝了英飞凌，ST之后，仍是挑选了同在美国的安森美，让后者跃居功率半导体二当家!

  第三代半导体资料引发全球注目，并成为半导体技能研讨前沿和工业竞赛焦点，美、日、欧等国都在活跃进行战略部署。作为电力电子器材，SiC器材在低压范畴如高端的白色家电、电动轿车等因为本钱要素，逐步失去了竞赛力。但在高压范畴，如高速列车、风力发电以及智能电网等，SiC具有不行代替性的优势。

  美国等发达国家为了抢占第三代半导体技能的战略制高点，经过国家级立异中心、协同立异中心、联合研制等方法，将企业、高校、研讨安排及相关政府部门等有机地联合在一起，完成第三代半导体技能的加快前进，引领、加快并抢占全球第三代半导体商场。例如，美国国家宇航局(NASA)、国防部先进研讨方案署(DARPA)等安排经过研制赞助、购买订单等方法，展开SiC、GaN研制、出产与器材研制;韩国方面，在政府相关安排主导下，要点环绕高纯SiC粉末制备、高纯SiC多晶陶瓷、高质量SiC单晶成长、高质量SiC外延资料成长这4个方面，展开研制项目。在功率器材方面，韩国还发动了功率电子的国家项目，要点环绕Si基GaN和SiC。

  我国展开SiC、GaN资料和器材方面的研讨工作比较晚，水平较低，阻止国内第三代半导体研讨展开的重要要素是原始立异问题。国内新资料范畴的科研院所和相关出产企业大都急于求成，难以容忍长时间“只投入，不产出”的现状。因而，以第三代半导体资料为代表的新资料原始立异寸步难行。

  但与此一起政府也在活跃推动，国家和各当地政府连续推出方针和工业扶持基金展开第三代半导体相关工业：当当地针在2016年许多出台，福建、广东、江苏、北京、青海等27个区域出台第三代半导体相关方针(不包含LED)近30条。一方面多地均将第三代半导体写入“十三五”相关规划，另一方面不少当地政府有针对性对当地具有必定优势的SiC和GaN资料企业进行扶持。福建省更是方案投入500亿，建立专门的安芯基金来建造第三代半导体工业集群。

  我国多家半导体厂商也在活跃布局SiC和GaN器材，华润华晶微电子和华虹宏力便是其间的代表企业。从前间隔收买仙童半导体那么近，能够看出华润微电子在布局先进功率器材方面的决计和力度。华润华晶微电子是华润微电子旗下从事半导体分立器材的国家高新技能企业，在国内，其功率器材的规划和品牌具有必定优势。华虹宏力则是业界首个具有深沟槽超级结(Deep Trench Super Junction，DT-SJ)及场截止型IGBT(Field Stop，FS IGBT)工艺渠道的200mm代工厂。我国企业现已具有必定规划。

  纵观全球功率器材商场，机会与应战并存。全球SiC工业格式出现美国、欧洲、日本鼎足之势态势。其间美国全球独大，占有全球SiC产值的70%~80%;欧洲具有完好的SiC衬底、外延、器材以及运用工业链，在全球电力电子商场具有强壮的话语权;日本是设备和模块开发方面的肯定抢先者。我国因为在LED方面现已挨近世界先进水平，为第三代半导体在其它方面的技能研制和工业运用打下了必定的根底。

  1.会集优势资源扶持龙头企业和研讨安排。在我国SiC范畴自身就不具有优势的状况下，国家和当地的出资基金却又很涣散的投入到许多企业里边去，大大涣散原本就缺乏的研制投入，难以构成规划效应。

  2.公共研制渠道的参与。第三代半导体触及多个学科、跨范畴的技能和运用。许多根底性研制不是企业能够处理的。国内的研讨院所大多依照范畴区分，也很难构成跨范畴、多学科协作。能够以国家项目方法安排多个研讨院所一起霸占根底技能。

  3.工业规划先行。凭借职业协会的力气，先行规划工业展开线路，在规范、检测、认证等方面内容。是工业展开更趋合理性和指导性。处理现行规范、检测、认证等规矩、程序和新资料工业展开特色不匹配之处。

  我国在第三代半导体资料方面要弯道超车仍是受制于人?这是广阔从业者最重视的问题。高技能工业的复兴需求咱们兢兢业业地去尽力，去斗争。

  看到这儿您是否还想进一步了解功率器材的技能及职业展开?在2017年10月25日，第九十届我国电子展(CEF)及同期的第十五届我国世界半导体博览会(IC CHINA 2017)将推出半导体展区!包含展讯、中芯世界、华润微电子、华虹宏力、京瓷、昂宝等多家企业参展。同期将举行第二届(上海)电源半导体技能论坛!

  本届论坛以SiC、IGBT为中心议题，邀请了Infineon、ROHM、Vicor、华虹等多家业界中心企业专家，一起讨论第三代半导体功率器材、电源集成化的老练技能及职业展开。欢迎广阔工程师和电子爱好者报名参与。

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