功率半导体技术的发展与全球能源的消耗紧密相关。在过去的几十年以及未来30年,我们面临的趋势是化石能源使用的逐渐减少,可再生能源应用的进一步增加。
可再生能源开发及节能减排都需要用到电力电子技术。不管是光伏、风电、新能源汽车,都需要对电能进行控制,而电能控制最核心的元件就是芯片,即供能芯片。人们常说的芯片种类很多,大致分成7类:计算、存储、传感、供能、通信、信息处理、光电。供能芯片的发展和同计算、存储芯片有着较大差别,因为计算和存储芯片依赖精细线宽,全球范围看,在这方面做得好的企业屈指可数。而供能芯片不需要精细线宽,它需要和应用紧密结合,在这方面,中国企业有优势, (略) 场需求在我们自己手里,而且离我们最近。
功率半导体芯片目前发展到第3代,即以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带半导体,它们具有导热率高、击穿电场高、介电常数低、禁带宽度高、饱和漂移速度高等一系列优势。以新能源汽车电机驱动器为例,采用宽禁带半导体芯片可以提高效率、节省冷却系统体积、提高功率密度,使电池效率提高10%,这是一个很大的比例。
宽禁带半导体产业链分为前中后端。前端是材料,包括晶锭生长、晶圆切割、外延生长;中端是器件,包括芯片研制、器件封测;后端是应用。目前,6英寸晶圆是国际上碳化硅的主流产品,近期开始研发和生产8英寸晶圆产品。按照现在的趋势,6英寸的保持主流状况至少还将有5~10年时间。
碳化硅电力电子器件主要包括二极管及MOSFET。碳化硅二极管器件产品方面, (略) 批量销售SiC肖特基二极管系列产品,产品技术发展到第五代,采用薄片、沟槽等先进技术,在不断提升性价比的同时,应用可靠性显著提升;碳化硅MOSFET器件产品方面,1700V以下中低压产品性能可靠性满足应用要求,产品发展到第三代,采用新型栅氧、沟槽结构等技术,比导通电阻RON,SP降低到第一代产品的1/3,阈值电压高温稳定性显著提升。当前,国际上碳化硅 (略) (略) 场98%的份额, (略) ,这正是我们要努力的方向。未来,宽禁带半导体产业的发展重点之一是碳化硅材料,尤其是衬底扮演的角色将越来越重要。目前,国内企业在芯片加工这个环节还不是很稳定,但未来5年之 (略) 在芯片加工工艺的稳定性和品质 (略) 场上立足。
责任编辑:诸玲珍
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