Situación actual de la industria nacional del carburo de silicio

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2022-03-17 298

Notas de estudio de un aficionado a los chips de carburo de silicio. Recopilación de documentos, noticias del sector, novedades ocasionales e imaginación. Esta cuenta oficial es para notas de estudio personales, solo para aficiones y no tiene fines comerciales. Disculpen si hay alguna inconsistencia en las citas del artículo. Algunas personas tienen como aficiones cultivar flores y césped, cantar y pescar, mientras que otras prefieren escribir en Twitter y Douyin. En los últimos años, me gusta leer libros y consultar artículos los fines de semana para estar al tanto del desarrollo de materiales y tecnologías de vanguardia.

Haz algo interesante y sé una persona interesante.

Este es un tema que suele generar críticas, pero para mí, que no tengo ningún interés y siempre me gusta decir tonterías, no importa si solo charlo y me invento las cifras. Este punto clave es para que lo lean por su cuenta las pocas personas de nuestro pequeño círculo. Lo he escrito con antelación para evitar olvidar algunos puntos importantes.

Popularidad: Similar a la de los LED en aquel entonces, pero las barreras técnicas son varios órdenes de magnitud mayores que las de los LED;

En una sola frase, podemos resumir todos los aspectos de la dirección tecnológica predominante en el sector a nivel nacional:

1. Tónico en polvo de sílice: No hay problema.

La industria de la energía solar ha hecho muchas cosas buenas, y ahora el polvo de silicio 9N de producción nacional no supone un gran problema;

2. Polvo de carburo de silicio: El 5N funciona perfectamente, pero el 6N presenta problemas; el sistema de pruebas es imperfecto y se abastecen a casi dos mil hornos a gran escala, con una producción anual de millones de piezas para docenas de proyectos de sustratos. Los hornos están funcionando a pleno rendimiento, ¡y hay una enorme escasez de polvo! ¡Escasean las fuentes de polvo de carburo de silicio 6N de alta calidad y las soluciones técnicas de bajo coste, con precios inferiores a 100 $/kg!

3. Cristal/oblea de carburo de silicio - conductor 4H, raro

La calidad, la producción y el coste de las obleas que se pueden transportar... No hay vuelta de hoja. Tras más de 20 años de cultivo de cristales a nivel nacional, hemos llegado a un punto crítico: el cuello de botella tecnológico y las iteraciones que consumen una gran cantidad de dinero. La densidad de defectos/tasa de rendimiento de las obleas de 6 pulgadas debe reducirse en uno o dos órdenes de magnitud. Se estima que esto llevará entre 5 y 10 años. ¡Imaginen que una empresa reúne a todos los ingenieros superiores nacionales con nivel de profesor que puedan cultivar cristales y se concentra en iterar y poner en marcha cientos de hornos en diversas direcciones de mejora simultáneamente para acelerar el progreso! El punto clave es que la relación actual entre consumo y producción de este horno es bastante desalentadora si no genera ganancias.

Quienes se dedican a especular con el capital y a contar historias no deberían formar parte de este sector. ¡Les conviene más el sector inmobiliario!

4. Oblea epitaxial de carburo de silicio

5-20 µm, epitaxia de tipo N, no hay problema;

La película de soporte no es buena o no es suficiente, ¡ese es el problema!

5. Dispositivos de carburo de silicio: diodos MPS/JBS

Diodo - 650/1200V 20A o menos, el rendimiento no es un problema, la relación costo-beneficio es razonable; se puede producir en masa de forma estable y no hay grandes problemas con las cuatro fábricas en Beijing/Wuxi/Shanghai/Xiamen. El único problema es la fuente de buenos sustratos que se puedan usar en automóviles;

Sin embargo, el rendimiento, la estabilidad del lote y el coste total de los diodos de 1700 V o superiores siguen sin ser prometedores. He visto los datos reales de varios de ellos. La clave está en que, a veces, las razones de los bajos e inestables rendimientos no están claras. El problema reside en la calidad del sustrato y la oblea epitaxial; ¡los datos no coinciden!

El rendimiento de los diodos de 50 A o más no es bueno; pero esto se debe principalmente al problema de la película;

6. Estructura planar del dispositivo MOSFET de carburo de silicio

3 - 10 mOhm, 20 A o menos. Una empresa realmente tiene lotes de cuatro pulgadas. El rendimiento de costo y el rendimiento/fiabilidad deben mejorarse. Por el momento, ninguna empresa se atreve a instalarlo en el automóvil. Se puede utilizar como pila de carga para cargar;

Esas fábricas en Wuxi/Shanghai/Xiamen están todas en las etapas de desarrollo y creación de muestras, y no hay datos de lotes;

En resumen: ¡No existe ningún MOSFET planar que pueda producirse en masa con un rendimiento estable y comercializarse!

3 mOhm 50 A o más, rendimiento estable por lotes superior al 40%, ¡no!

7. Estructura de trinchera del dispositivo MOSFET de carburo de silicio

—El plan quinquenal está en desarrollo…

Productos estructurales patentados totalmente independientes: ¡no!

Situación de los dispositivos MOSFET extranjeros:

1. CREE: Solo superficies planas, sin ranuras; sin embargo, el rendimiento de las estructuras planas de CREE no es peor que el de las ranuras durante dos o tres años;

2. Japan Rohm - envío de lote de doble ranura; hay un problema menor con la patente, que actualmente está en litigio; hay una disputa menor sobre el OBC bidireccional con respecto a la confiabilidad;

3. ST - 650V 50A suministrado especialmente para Tesla Edamame 3, alrededor de mil unidades, el coche ha estado funcionando durante poco más de un año;

4. Infección - trinchera de media mochila;

Se desconoce la tasa de rendimiento, pero la mayor ventaja de esta estructura es que es más resistente en la zanja; pero si en el futuro hay una buena máquina de litografía para 8 pulgadas, será un poco difícil reducir aún más el paso;

En resumen: la principal forma de producción y envío masivo de dispositivos MOSFET de carburo de silicio extranjeros es mediante la tecnología de trinchera, que ya está presente en el mercado, y se prevé que el volumen aumente gradualmente. Sin embargo, he oído que la tasa de rendimiento general de los chips MOS de 6 pulgadas es inferior al 65%, y el rendimiento en las pruebas de fiabilidad no es muy alentador. En comparación con China, existe una diferencia de al menos cinco años.

En lo que respecta a la protección de la propiedad intelectual, ¡es difícil predecir si en el futuro habrá barreras de patentes similares en la era de los IGBT de silicio!

Resumen de opiniones personales:

1. El crecimiento de cristales y la oblea de sustrato son las tecnologías centrales del "cuello atascado" y son tecnologías comunes en toda la cadena de la industria. Es un poco difícil para una sola empresa orientada al mercado gastar dinero e iterar. La empresa está bajo la presión de un modelo de ganancias, y los inversionistas necesitan buenos estados de rentabilidad para cobrar rápidamente. Esperan que la empresa haga grandes inversiones, asuma grandes riesgos y gaste dinero para mejorar e iterar, pero hay poca motivación;

—¡Es necesario que exista una institución de investigación sin ánimo de lucro con inversión estratégica nacional, similar al Instituto Fraunhofer de Alemania o al IMEC de Europa, para realizar inversiones a largo plazo que permitan resolver este problema técnico común!

2. Investigación y desarrollo de nuevas estructuras para dispositivos de vanguardia.

—La historia del IGBT de silicio no se puede repetir. La estructura de trinchera y la estructura de superunión deben planificarse y desarrollarse con anticipación. Hay muchas estructuras posibles que son confiables y no confiables. El costo de la inversión en I+D por parte de las empresas por sí solas es alto. Se necesita una institución de investigación conjunta industrial como AIST de Japón que realmente pueda unirse para invertir, o una institución de alianza de laboratorios nacionales como Power American en los Estados Unidos. El modelo de investigación y desarrollo sin fines de lucro comparte propiedad intelectual y autorización de tecnología;

—Ga2O3, AlN, diamante y otros nuevos sistemas de materiales deben planificarse con antelación; es evidente que las empresas aún no tienen la energía para ocuparse de ello; ¡necesitamos una entidad de inversión en investigación sin ánimo de lucro y sin conflictos de intereses, el Fraunhofer chino, el IMEC chino!

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