Stato attuale dell'industria nazionale del carburo di silicio

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2022-03-17 298

Appunti di studio di un appassionato di chip in carburo di silicio. Raccolta di documenti, notizie del settore, occasionali scoperte e spunti creativi. Questo account ufficiale contiene appunti di studio personali, è dedicato esclusivamente ai miei hobby e non ha finalità commerciali. Vi prego di scusarmi per eventuali inesattezze nelle citazioni presenti nell'articolo. Alcuni si dedicano al giardinaggio, al canto e alla pesca, mentre altri preferiscono scrivere post su Twitter e Douyin. Negli ultimi anni, mi piace leggere occasionalmente libri e aggiornare articoli scientifici nei fine settimana per rimanere aggiornato sugli sviluppi dei materiali e delle tecnologie più innovative.

Fai qualcosa di interessante e sii un'anima interessante.

Questo è un argomento su cui è facile essere rimproverati, ma per me, che non ho interessi e mi piace sempre dire sciocchezze, non importa se chiacchiero e mi invento i numeri. Questo punto chiave è destinato alle poche persone della nostra piccola cerchia da leggere per conto proprio. L'ho scritto in anticipo per evitare di dimenticare alcuni punti fondamentali.

Popolarità: simile a quella dei LED di allora, ma le barriere tecniche sono di diversi ordini di grandezza superiori rispetto ai LED;

In una sola frase, possiamo riassumere tutti gli aspetti della principale direzione tecnologica nazionale del settore:

1. Toner in polvere di silice: nessun problema

L'industria dell'energia solare ha fatto molte cose positive, e ora la polvere di silicio 9N di produzione nazionale non rappresenta più un grosso problema;

2. Polvere di carburo di silicio: la 5N va benissimo, ma la 6N è problematica; il sistema di test è imperfetto e quasi duemila forni vengono alimentati su larga scala, con una produzione annua di milioni di pezzi per decine di progetti di substrati. I forni sono effettivamente in funzione e c'è un'enorme carenza di polvere! Le fonti di polvere di carburo di silicio 6N di alta qualità e le soluzioni tecniche a basso costo con prezzi inferiori a 100 $/kg scarseggiano!

3. Cristallo/wafer di carburo di silicio - conduttivo 4H, raro

La qualità, la produzione e il costo dei wafer che possono essere caricati sul camion... Non c'è modo di aggirare il problema. Dopo oltre 20 anni di crescita di cristalli a livello nazionale, abbiamo sostanzialmente raggiunto un collo di bottiglia, ovvero il collo di bottiglia tecnologico e le iterazioni che consumano denaro. La densità di difetti/il tasso di resa dei wafer da 6 pollici deve essere ridotto di uno o due ordini di grandezza. Si stima che ci vorranno dai 5 ai 10 anni. Immaginate un'azienda che riunisca tutti gli ingegneri senior di livello universitario in grado di far crescere i cristalli e si concentri sull'iterazione e sulla combustione simultanea di centinaia di forni in varie direzioni di miglioramento per accelerare il processo iterativo! Il punto chiave è che l'attuale rapporto consumo-produzione di questi forni è piuttosto deludente se non generano profitto!

Chi specula sul denaro e racconta frottole non dovrebbe far parte di questo settore. Sarebbe più adatto al settore immobiliare!

4. Wafer epitassiale di carburo di silicio

5-20 µm, epitassia di tipo N, nessun problema;

La pellicola di supporto non è di buona qualità o non è sufficiente, ecco il problema!

5. Dispositivi al carburo di silicio - Diodi MPS/JBS

Diodo - 650/1200V 20A e inferiori, la resa non è un problema, il rapporto costo-efficacia è ragionevole; può essere prodotto in serie in modo stabile e non ci sono grossi problemi con le quattro fabbriche di Pechino/Wuxi/Shanghai/Xiamen. L'unico problema è la reperibilità di substrati di buona qualità utilizzabili nelle automobili;

Tuttavia, la resa, la stabilità del lotto e il costo complessivo dei diodi da 1700 V e superiori non sono ancora ottimistici. Ho visto i dati effettivi di diversi di essi. Il punto chiave è che a volte le ragioni di rese scarse e instabili non sono chiare. Il problema risiede nella qualità del substrato e del wafer epitassiale, i dati non corrispondono!

La resa dei diodi da 50 A e superiori non è buona; ma ciò è dovuto principalmente al problema del film;

6. Dispositivo MOSFET al carburo di silicio - struttura planare

3 - 10 mOhm, 20 A e inferiori. Un'azienda ha davvero lotti da quattro pollici. Il rapporto costo-prestazioni e la resa/affidabilità devono essere migliorati. Per il momento, nessuna azienda osa installarlo sull'auto. Può essere utilizzato come colonnina di ricarica per la ricarica;

Gli stabilimenti di Wuxi, Shanghai e Xiamen sono tutti in fase di sviluppo e produzione di campioni, e non sono disponibili dati relativi ai lotti;

Per riassumere in una frase: non esiste un MOSFET planare che possa essere prodotto in serie con una resa stabile e immesso sul mercato!

3 mOhm 50 A o più, resa stabile del lotto superiore al 40%, no!

7. Struttura a trincea del dispositivo MOSFET in carburo di silicio

—Il piano quinquennale è in fase di sviluppo…

Prodotti strutturali brevettati completamente indipendenti - no!

La situazione dei dispositivi MOSFET esteri:

1. CREE - Solo superfici piane, senza scanalature; tuttavia, le prestazioni delle strutture piane in CREE non sono peggiori di quelle con scanalature per due o tre anni;

2. Giappone Rohm - spedizione in lotti a doppia scanalatura; c'è un piccolo problema con il brevetto, attualmente oggetto di contenzioso; c'è una piccola controversia sull'OBC bidirezionale in merito all'affidabilità;

3. ST - 650V 50A fornito appositamente per Tesla Edamame 3, circa mille unità, l'auto è in funzione da poco più di un anno;

4. Infenion - mezza confezione da trench;

Il tasso di resa è sconosciuto, ma il vantaggio maggiore di questa struttura è che è più resistente nella trincea; tuttavia, se in futuro ci sarà una buona macchina per la litografia da 8 pollici, sarà un po' difficile ridurre ulteriormente il passo;

Per riassumere in una frase: la produzione e la spedizione di massa dei dispositivi MOSFET al carburo di silicio esteri avviene principalmente tramite tecnologia "trench", già presente sul mercato, e i volumi possono essere gradualmente aumentati; tuttavia, ho sentito dire che il tasso di resa generale dei chip MOS da 6 pollici è inferiore al 65%, e i risultati dei test di affidabilità non sono molto incoraggianti! Rispetto alla Cina, però, c'è un divario di almeno cinque anni!

In termini di struttura della proprietà intellettuale, è difficile dire se in futuro, nell'era degli IGBT al silicio, esisteranno barriere brevettuali simili!

Sintesi delle opinioni personali:

1. La crescita dei cristalli e il substrato wafer sono le tecnologie chiave del "collo bloccato" e sono tecnologie comuni nell'intera catena industriale. È un po' difficile per un'azienda orientata a un singolo mercato bruciare denaro e iterare. L'azienda è sotto pressione da un modello di profitto e gli investitori hanno bisogno di buoni bilanci di redditività per monetizzare rapidamente. Si aspettano pienamente che l'azienda faccia grandi investimenti, si assuma rischi elevati e bruci denaro per migliorare e iterare, ma c'è poca motivazione;

— È necessario un istituto di ricerca senza scopo di lucro con investimenti strategici nazionali, simile al Fraunhofer Institute tedesco o all'IMEC europeo, per effettuare investimenti a lungo termine volti a risolvere questo problema tecnico comune!

2. Ricerca e sviluppo di nuove strutture per dispositivi all'avanguardia

—La storia degli IGBT al silicio non si ripete. La struttura a trincea e la struttura a supergiunzione devono essere pianificate e sviluppate in anticipo. Esistono molte strutture possibili, alcune affidabili e altre inaffidabili. Il costo degli investimenti in ricerca e sviluppo da parte delle sole imprese è elevato. È necessario un istituto di ricerca industriale congiunto come l'AIST giapponese, in grado di unirsi per investire, o un'alleanza di laboratori nazionali come Power America negli Stati Uniti. La ricerca e lo sviluppo basati su un modello senza scopo di lucro condividono la proprietà intellettuale e l'autorizzazione tecnologica;

—Ga2O3, AlN, diamante e altri nuovi sistemi di materiali devono essere progettati in anticipo; le aziende ovviamente non hanno ancora le energie per occuparsene; abbiamo bisogno di un ente di investimento nella ricerca senza scopo di lucro e senza conflitti di interesse, il Fraunhofer cinese, l'IMEC cinese!

Disclaimer: Questo articolo è riprodotto da "Silicon Carbide Chip Study Notes". Questo articolo rappresenta esclusivamente le opinioni personali dell'autore e non quelle di Sacco Micro o del settore. La sua ristampa e condivisione sono consentite solo a supporto della tutela dei diritti di proprietà intellettuale. Si prega di indicare la fonte originale e l'autore in caso di ristampa. In caso di violazione del copyright, si prega di contattarci per richiederne la rimozione.

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