État actuel de l'industrie nationale du carbure de silicium

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2022-03-17 298

Notes d'étude d'un amateur de puces en carbure de silicium. Compilation de documents, actualités du secteur, gains occasionnels et imagination. Ce compte officiel est dédié à mes notes d'étude personnelles ; il est uniquement destiné à mes loisirs et n'a aucune finalité commerciale. Veuillez m'excuser pour d'éventuelles erreurs de citation. Certains aiment jardiner, chanter ou pêcher, tandis que d'autres préfèrent écrire sur Twitter et Douyin. Ces dernières années, j'aime lire des livres et me tenir au courant des dernières avancées en matière de matériaux et de technologies.

Faites quelque chose d'intéressant et soyez une personne intéressante.

C'est un sujet qui peut facilement susciter des réprimandes, mais pour moi, qui n'ai aucun intérêt particulier et qui aime bien dire des bêtises, peu importe si je ne fais que bavarder et inventer des chiffres. Ce point essentiel est destiné à être lu par les quelques personnes de notre petit cercle. Je l'ai rédigé à l'avance pour ne pas oublier certains points importants.

Popularité : Similaire à celle des LED à l'époque, mais les barrières techniques sont plusieurs ordres de grandeur supérieures à celles des LED ;

In one sentence, we can summarize all aspects of the domestic mainstream technology direction of the industry:

1. Silica powder toner: Not a problem

The solar energy industry has done a lot of good things, and now domestic 9N silicon powder is not a big problem;

2. Poudre de carbure de silicium : la poudre 5N convient parfaitement, mais la 6N pose problème. Le système de contrôle est imparfait et près de deux mille fours sont alimentés à grande échelle, avec une production annuelle de plusieurs millions de pièces pour des dizaines de projets de substrats. Les fours tournent à plein régime et il y a une pénurie importante de poudre ! Les sources de poudre de carbure de silicium 6N de haute qualité et les solutions techniques économiques à moins de 100 $/kg sont rares.

3. Cristal/plaquette de carbure de silicium - 4H conducteur, rare

The quality, output and cost of wafers that can be put on the truck... There is no way around it. After more than 20 years of domestic crystal growth, we have basically reached a bottleneck, which is the bottleneck of technology and money-burning iterations. The defect density/yield rate of 6-inch wafers needs to be reduced by one or two orders of magnitude. The time required for this is estimated to be 5-10 years. Let a company gather all domestic professor-level senior engineers who can grow crystals and concentrate on iterating and burning hundreds of furnaces in various improvement directions at the same time to speed up the iteration progress! The key point is that the current consumption-output ratio of this furnace is a bit melancholy if it does not make money!

Ceux qui spéculent et racontent des histoires n'ont pas leur place dans ce secteur. Ils seraient plus à leur place dans l'immobilier !

4. Plaquette épitaxiale en carbure de silicium

5-20 µm, épitaxie de type N, pas de problème ;

The backing film is not good or not enough, that is the problem!

5. Silicon carbide devices - MPS/JBS diodes

Diode – 650/1200 V 20 A et moins : le rendement est satisfaisant, le rapport coût-efficacité est raisonnable ; la production en série est stable et ne pose aucun problème majeur avec les quatre usines de Pékin/Wuxi/Shanghai/Xiamen. Seul l’approvisionnement en substrats de qualité utilisables dans l’automobile constitue une difficulté.

However, the yield, batch stability and overall cost of diodes of 1700V and above are still not optimistic. I have seen the actual data of several of them. The key is that sometimes the reasons for poor and unstable yields are not clear. The problem lies in the quality of the substrate and epitaxial wafer, the data does not match!

Le taux de rendement des diodes de 50 A et plus n'est pas bon ; mais cela est principalement dû à un problème de film ;

6. Dispositif MOSFET en carbure de silicium - structure planaire

3 - 10 mΩ, 20 A et moins. Une entreprise produit effectivement des lots de quatre pouces. Le rapport coût-performance et le rendement/la fiabilité doivent être améliorés. Pour l'instant, aucune entreprise n'ose l'installer sur une voiture. Il peut être utilisé comme borne de recharge.

Those factories in Wuxi/Shanghai/Xiamen are all in the development and sample stages, and there is no batch data;

To sum up in one sentence: There is no planar MOSFET that can be mass-produced with stable yield and put on the market!

3mOhm 50A or more, batch stable yield exceeds 40%, no!

7. Structure de tranchée du dispositif MOSFET en carbure de silicium

Le plan quinquennal est en cours d'élaboration…

Completely independent patented structural products - no!

The situation of foreign MOSFET devices:

1. CREE - Uniquement des surfaces planes, sans rainures ; cependant, les performances des structures planes CREE ne sont pas inférieures à celles des rainures pendant deux à trois ans ;

2. Rohm Japon - livraison par lot à double rainure ; il existe un problème mineur concernant le brevet, qui fait actuellement l'objet d'un litige ; il existe un différend mineur concernant la fiabilité de l'OBC bidirectionnel ;

3. ST - 650V 50A spécialement fourni à Tesla Edamame 3, environ mille unités, la voiture fonctionne depuis un peu plus d'un an ;

4. Infenion - half pack trench;

The yield rate is unknown, but the biggest advantage of this structure is that it is stronger in the trench; but if there is a good lithography machine for 8 inches in the future, it will be a little difficult to further reduce the pitch;

En résumé : la production et l’expédition en masse de transistors MOSFET en carbure de silicium étrangers sont principalement réalisées par Trench, déjà commercialisés, et les volumes peuvent être progressivement augmentés. Cependant, il semblerait que le taux de rendement global des puces MOS de 6 pouces soit inférieur à 65 %, et que le rendement des tests de fiabilité ne soit pas très encourageant ! Néanmoins, comparé à la Chine, il y a au moins cinq ans d’avance !

En matière de gestion de la propriété intellectuelle, il est difficile de dire s'il y aura des barrières similaires en matière de brevets à l'avenir, à l'ère des IGBT en silicium !

Résumé des opinions personnelles :

1. La croissance cristalline et les plaquettes de substrat sont les technologies clés de l'industrie du « col de cygne » et sont communes à l'ensemble de la chaîne de valeur. Il est difficile pour une entreprise mono-marché de prendre des risques importants et d'innover constamment. L'entreprise est soumise à la pression d'un modèle de rentabilité strict, et les investisseurs exigent des résultats financiers positifs pour un rachat rapide. Ils attendent de l'entreprise qu'elle réalise des investissements massifs, prenne des risques élevés et consente des sacrifices financiers pour améliorer et innover, mais la motivation est faible.

— Il faut créer un institut de recherche à but non lucratif doté d'un investissement stratégique national, similaire à l'Institut Fraunhofer en Allemagne ou à l'IMEC en Europe, afin de réaliser des investissements à long terme pour résoudre ce problème technique commun !

2. Recherche et développement de nouvelles structures pour les dispositifs de pointe

L'histoire des IGBT en silicium est unique. La conception et le développement des structures à tranchées et à superjonctions doivent être anticipés. De nombreuses structures, fiables ou non, sont envisageables. Le coût des investissements en R&D pour les entreprises seules est élevé. Il est nécessaire de créer un institut de recherche conjoint, tel que l'AIST au Japon, capable de mutualiser les investissements, ou un réseau de laboratoires nationaux, comme Power America aux États-Unis. Ce modèle de recherche et développement à but non lucratif permet le partage de la propriété intellectuelle et des autorisations technologiques.

—Ga2O3, AlN, diamond and other new material systems need to be laid out in advance; companies obviously don’t have the energy to take care of it yet; we need a non-profit research investment party without conflicts of interest, China’s Fraunhofer, China’s IMEC!

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