Aktueller Stand der heimischen Siliziumkarbidindustrie

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2022-03-17 298

Notizen eines Siliziumkarbid-Chip-Enthusiasten. Dokumentensammlung, Branchenneuigkeiten, gelegentliche Erfolge und Ideen. Dieser offizielle Account dient ausschließlich persönlichen Studien- und Hobbyzwecken und verfolgt keinerlei kommerzielle Ziele. Ich bitte um Nachsicht, falls es im Artikel zu Ungenauigkeiten bei den Zitaten kommt. Manche Menschen widmen sich in ihrer Freizeit dem Gärtnern, Singen oder Angeln, während andere gerne auf Twitter und Douyin bloggen. In den letzten Jahren lese ich an den Wochenenden gelegentlich Bücher und Fachzeitschriften, um die Entwicklung modernster Materialien und Gerätetechnologien zu verfolgen.

Tu etwas Interessantes und sei eine interessante Persönlichkeit.

Das ist ein Thema, über das man leicht gerügt werden kann, aber mir, der ich keine Interessen habe und am liebsten Unsinn rede, ist es egal, ob ich einfach drauflosplappere und die Zahlen erfinde. Dieser wichtige Punkt ist für die wenigen Leute in unserem kleinen Kreis gedacht, die ihn selbst lesen sollen. Ich habe ihn im Voraus aufgeschrieben, damit ich keine wichtigen Punkte vergesse.

Beliebtheit: Ähnlich wie damals bei LEDs, aber die technischen Hürden sind um mehrere Größenordnungen höher als bei LEDs;

In einem Satz lassen sich alle Aspekte der technologischen Ausrichtung der Branche im Inland zusammenfassen:

1. Toner auf Silicapulverbasis: Kein Problem

Die Solarenergiebranche hat viel Gutes bewirkt, und die Versorgung mit heimischem 9N-Siliziumpulver ist mittlerweile kein großes Problem mehr.

2. Siliciumcarbidpulver: 5N ist ausreichend, 6N hingegen problematisch. Das Testsystem ist unvollkommen, und es werden fast zweitausend Öfen im großen Maßstab mit einer Jahresproduktion von Millionen Teilen für Dutzende von Substratprojekten beliefert. Die Öfen laufen auf Hochtouren, und es herrscht ein enormer Pulvermangel! Hochwertige 6N-Siliciumcarbidpulverquellen und kostengünstige technische Lösungen unter 100 US-Dollar/kg sind rar!

3. Siliziumkarbidkristall/Wafer – 4H leitfähig, selten

Die Qualität, der Ausstoß und die Kosten der transportierbaren Wafer... Daran führt kein Weg vorbei. Nach über 20 Jahren heimischer Kristallzüchtung sind wir an einen Engpass gestoßen – einen technologischen und kostenintensiven Engpass. Die Defektdichte bzw. Ausbeute von 6-Zoll-Wafern muss um ein bis zwei Größenordnungen reduziert werden. Der dafür benötigte Zeitraum wird auf 5–10 Jahre geschätzt. Ein Unternehmen sollte alle hochqualifizierten Ingenieure mit Professorenstatus, die Kristalle züchten können, zusammenbringen und sich gleichzeitig auf die Optimierung hunderter Öfen in verschiedenen Richtungen konzentrieren, um den Fortschritt zu beschleunigen! Entscheidend ist, dass das Verhältnis von Aufwand zu Ertrag dieser Öfen äußerst unbefriedigend ist, wenn sie keinen Gewinn abwerfen!

Wer mit Kapital spekuliert und Geschichten erzählt, hat in dieser Branche nichts zu suchen. Die Immobilienbranche ist dafür besser geeignet!

4. Siliziumkarbid-Epitaxie-Wafer

5-20µm, N-Typ-Epitaxie, kein Problem;

Die Trägerfolie ist entweder nicht gut oder nicht ausreichend, das ist das Problem!

5. Siliziumkarbid-Bauelemente – MPS/JBS-Dioden

Diode – 650/1200 V, 20 A und darunter: Die Ausbeute ist unproblematisch, das Preis-Leistungs-Verhältnis angemessen; eine stabile Massenproduktion ist möglich, und es gibt keine größeren Probleme mit den vier Werken in Peking/Wuxi/Shanghai/Xiamen. Das einzige Problem ist die Beschaffung geeigneter Substrate für den Einsatz in Automobilen.

Die Ausbeute, die Chargenstabilität und die Gesamtkosten von Dioden mit 1700 V und darüber sind jedoch weiterhin unbefriedigend. Ich habe die tatsächlichen Daten mehrerer Dioden eingesehen. Das Problem liegt oft in der Qualität des Substrats und des Epitaxie-Wafers – die Daten stimmen nicht überein!

Die Ausbeute an Dioden mit 50 A und mehr ist nicht gut; dies liegt jedoch hauptsächlich an Problemen mit dem Film.

6. Siliziumkarbid-MOSFET-Bauelement – planare Struktur

3–10 mΩ, 20 A und darunter. Ein Unternehmen bietet tatsächlich Chargen von vier Zoll an. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis und die Ausbeute/Zuverlässigkeit müssen verbessert werden. Derzeit wagt es kein Unternehmen, es in einem Auto zu verbauen. Es kann als Ladesäule zum Laden verwendet werden;

Die Fabriken in Wuxi/Shanghai/Xiamen befinden sich alle noch in der Entwicklungs- und Musterphase, es liegen noch keine Chargendaten vor;

Zusammenfassend lässt sich sagen: Es gibt keinen planaren MOSFET, der mit stabiler Ausbeute in Massenproduktion hergestellt und auf den Markt gebracht werden kann!

3 mΩ 50 A oder mehr, chargenstabile Ausbeute übersteigt 40 %, nein!

7. Siliziumkarbid-MOSFET-Bauelement-Grabenstruktur

Der Fünfjahresplan befindet sich in der Entwicklung…

Völlig unabhängige, patentierte Strukturprodukte – nein!

Die Situation ausländischer MOSFET-Bauelemente:

1. CREE – Nur ebene Oberflächen, keine Rillen; die Leistungsfähigkeit ebener CREE-Strukturen ist jedoch über einen Zeitraum von zwei bis drei Jahren nicht schlechter als die von Rillenstrukturen;

2. Japan Rohm - Doppelrillen-Chargenlieferung; es gibt ein kleineres Problem mit dem Patent, das derzeit Gegenstand eines Rechtsstreits ist; es gibt eine kleinere Streitigkeit über die Zuverlässigkeit des bidirektionalen OBC;

3. ST - 650V 50A speziell für Tesla Edamame 3 geliefert, etwa tausend Stück, das Auto ist seit etwas über einem Jahr im Einsatz;

4. Infenion - Halbpackgraben;

Die Ausbeute ist unbekannt, aber der größte Vorteil dieser Struktur ist ihre höhere Festigkeit im Graben; sollte es jedoch in Zukunft eine gute Lithographiemaschine für 8 Zoll geben, wird es etwas schwierig sein, die Teilung weiter zu verringern;

Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Massenproduktion und der Versand ausländischer Siliziumkarbid-MOSFETs erfolgen hauptsächlich in Trench-Technologie, die bereits auf dem Markt ist und deren Produktionsvolumen schrittweise erhöht werden kann. Allerdings habe ich gehört, dass die Ausbeute bei 6-Zoll-MOSFETs im Allgemeinen unter 65 % liegt und die Zuverlässigkeitsprüfung nicht allzu optimistisch ausfällt! Im Vergleich zu China besteht jedoch ein Rückstand von mindestens fünf Jahren!

Was die IP-Struktur angeht, lässt sich schwer sagen, ob es in Zukunft im Zeitalter der Silizium-IGBTs ähnliche Patentbarrieren geben wird!

Zusammenfassung der persönlichen Meinungen:

1. Kristallwachstum und Substratwafer sind die Kerntechnologien des „festgefahrenen Marktes“ und gängige Technologien in der gesamten Wertschöpfungskette. Für ein auf einen einzelnen Markt ausgerichtetes Unternehmen ist es schwierig, hohe Investitionen zu tätigen und iterativ vorzugehen. Das Unternehmen steht unter dem Druck eines gewinnorientierten Modells, und Investoren benötigen gute Gewinnzahlen, um schnell aussteigen zu können. Sie erwarten von dem Unternehmen hohe Investitionen, hohe Risiken und einen hohen Kapitaleinsatz, um sich zu verbessern und iterativ vorzugehen, doch der Anreiz dafür ist gering.

——Es bedarf einer gemeinnützigen Forschungseinrichtung mit nationalen strategischen Investitionen, ähnlich dem Fraunhofer-Institut in Deutschland oder dem IMEC in Europa, um langfristige Investitionen zur Lösung dieses gemeinsamen technischen Problems zu tätigen!

2. Forschung und Entwicklung neuer Strukturen für Spitzentechnologiegeräte

Die Geschichte der Silizium-IGBTs lässt sich nicht wiederholen. Grabenstrukturen und Superjunction-Strukturen müssen im Voraus geplant und entwickelt werden. Es gibt viele mögliche Strukturen, sowohl zuverlässige als auch unzuverlässige. Die Kosten für F&E-Investitionen allein durch Unternehmen sind hoch. Es bedarf einer gemeinsamen Forschungseinrichtung der Industrie wie dem japanischen AIST, die tatsächlich zusammenarbeiten kann, oder einer nationalen Laborallianz wie Power American in den Vereinigten Staaten. Gemeinnützige Forschungs- und Entwicklungsmodelle teilen geistiges Eigentum und Technologielizenzen.

—Ga2O3, AlN, Diamant und andere neue Materialsysteme müssen im Voraus geplant werden; die Unternehmen haben offensichtlich noch nicht die Energie, sich darum zu kümmern; wir brauchen eine gemeinnützige Forschungsinvestitionsorganisation ohne Interessenkonflikte, Chinas Fraunhofer, Chinas IMEC!

Haftungsausschluss: Dieser Artikel ist ein Auszug aus den „Silicon Carbide Chip Study Notes“. Er gibt ausschließlich die persönliche Meinung des Autors wieder und spiegelt nicht die Ansichten von Sacco Micro oder der Branche wider. Die Weitergabe dient lediglich dem Schutz geistigen Eigentums. Bitte geben Sie bei einer Weiterveröffentlichung die Originalquelle und den Autor an. Sollten Urheberrechte verletzt werden, bitten wir Sie, uns zu kontaktieren, damit wir den entsprechenden Text entfernen können.

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