Situação atual da indústria nacional de carbeto de silício

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2022-03-17 298

Anotações de estudo de um amador de chips de carbeto de silício. Compilação de documentos, notícias da indústria, ganhos ocasionais e imaginação. Esta conta oficial pertence a anotações de estudo pessoais, destina-se apenas a hobbies pessoais e não envolve quaisquer fins comerciais. Peço desculpas por eventuais irregularidades nas citações neste artigo. Alguns dos meus hobbies são cultivar flores e grama, cantar e pescar, enquanto outros gostam de escrever blogs no Twitter e no Douyin. Nos últimos anos, gosto de ler livros e atualizar artigos nos fins de semana para acompanhar o desenvolvimento de materiais de ponta e tecnologias de dispositivos.

Faça algo interessante e seja uma pessoa interessante.

Este é um assunto que facilmente gera críticas, mas para mim, que não tenho interesse e sempre gosto de falar bobagens, não importa se eu só converso e invento números. Este ponto crucial é para as poucas pessoas do nosso pequeno círculo lerem por si mesmas. Escrevi com antecedência para não me esquecer de nenhum detalhe importante.

Popularidade: Semelhante à dos LEDs naquela época, mas as barreiras técnicas são várias ordens de magnitude maiores do que as dos LEDs;

Em uma frase podemos resumir todos os aspectos da direção tecnológica dominante na indústria nacional:

1. Toner em pó de sílica: Sem problemas

A indústria de energia solar fez muitas coisas boas, e agora o pó de silício 9N produzido internamente não é um grande problema;

2. Pó de carbeto de silício: 5N é perfeitamente adequado, mas 6N é problemático; o sistema de teste é imperfeito e quase dois mil fornos são abastecidos em larga escala, com uma produção anual de milhões de peças para dezenas de projetos de substratos. Os fornos estão em plena operação e há uma enorme escassez de pó! Fontes de pó de carbeto de silício 6N de alta qualidade e soluções técnicas de baixo custo, com preços abaixo de US$ 100/kg, são escassas!

3. Cristal/wafer de carbeto de silício - condutor 4H, raro

A qualidade, a produção e o custo dos wafers que podem ser transportados... Não há como fugir disso. Após mais de 20 anos de crescimento de cristais no mercado interno, basicamente atingimos um gargalo, que é o gargalo tecnológico e as iterações dispendiosas. A densidade de defeitos/taxa de rendimento de wafers de 6 polegadas precisa ser reduzida em uma ou duas ordens de magnitude. O tempo necessário para isso é estimado em 5 a 10 anos. Que uma empresa reúna todos os engenheiros seniores nacionais com formação em nível de professor, capazes de cultivar cristais, e se concentre em iterações e no uso de centenas de fornos em diversas direções simultaneamente para acelerar o progresso! O ponto crucial é que a relação consumo-produção atual deste forno é um tanto desanimadora se não gerar lucro!

Quem só pensa em ganhar dinheiro e contar histórias não deveria estar neste ramo. O setor imobiliário seria mais adequado para você!

4. Pastilha epitaxial de carbeto de silício

5-20 µm, epitaxia do tipo N, sem problema;

O problema é que a película de suporte não é boa ou é insuficiente!

5. Dispositivos de carboneto de silício - diodos MPS/JBS

Diodo - 650/1200V 20A e abaixo, o rendimento não é um problema, a relação custo-benefício é razoável; pode ser produzido em massa de forma estável e não há grandes problemas com as quatro fábricas em Pequim/Wuxi/Xangai/Xiamen. O único problema é a obtenção de substratos de boa qualidade que possam ser usados em automóveis;

No entanto, o rendimento, a estabilidade do lote e o custo total de diodos de 1700V ou mais ainda não são otimistas. Analisei os dados reais de vários deles. O ponto crucial é que, às vezes, as razões para os baixos rendimentos e a instabilidade não são claras. O problema reside na qualidade do substrato e do wafer epitaxial; os dados não batem!

A taxa de rendimento dos diodos de 50A ou superior não é boa; mas isso se deve principalmente ao problema da película;

6. Dispositivo MOSFET de carbeto de silício - estrutura planar

3 - 10mOhm, 20A e abaixo. Uma empresa realmente possui lotes de quatro polegadas. O custo-benefício e o rendimento/confiabilidade precisam ser melhorados. Por enquanto, nenhuma empresa se atreve a instalá-lo no carro. Pode ser usado como um ponto de recarga para carregamento;

Essas fábricas em Wuxi/Xangai/Xiamen estão todas em fase de desenvolvimento e produção de amostras, e não há dados sobre lotes;

Resumindo em uma frase: Não existe nenhum MOSFET planar que possa ser produzido em massa com rendimento estável e colocado no mercado!

3mOhm 50A ou mais, rendimento estável do lote superior a 40%, não!

7. Dispositivo MOSFET de carbeto de silício - estrutura de trincheira

O plano quinquenal está em desenvolvimento…

Produtos estruturais patenteados completamente independentes - não!

Situação dos dispositivos MOSFET estrangeiros:

1. CREE - Apenas superfícies planas, sem ranhuras; no entanto, o desempenho das estruturas planas da CREE não é pior do que o das estruturas com ranhuras durante dois a três anos;

2. Japão Rohm - remessa em lote com ranhura dupla; existe um pequeno problema com a patente, que está atualmente em litígio; existe uma pequena disputa sobre o OBC bidirecional em relação à confiabilidade;

3. ST - 650V 50A fornecido especialmente para o Tesla Edamame 3, cerca de mil unidades, o carro está funcionando há pouco mais de um ano;

4. Infenion - trincheira de meia-pavimento;

A taxa de rendimento é desconhecida, mas a maior vantagem dessa estrutura é a sua maior resistência na trincheira; porém, se houver uma boa máquina de litografia para 8 polegadas no futuro, será um pouco difícil reduzir ainda mais o espaçamento;

Resumindo em uma frase: A principal produção e exportação em massa de dispositivos MOSFET de carbeto de silício é feita por meio da tecnologia de trincheira, que já está disponível no mercado e cujo volume pode ser gradualmente aumentado; porém, ouvi dizer que a taxa de rendimento geral dos chips MOS de 6 polegadas é inferior a 65%, e o rendimento nos testes de confiabilidade não é muito otimista! Mas, em comparação com a China, há uma diferença de pelo menos cinco anos!

Em termos de regulamentação de propriedade intelectual, é difícil dizer se haverá barreiras de patentes semelhantes na era dos IGBTs de silício no futuro!

Resumo das opiniões pessoais:

1. O crescimento de cristais e o substrato de wafer são as tecnologias centrais do "gargalo" e são comuns em toda a cadeia industrial. É um pouco difícil para uma empresa orientada para o mercado investir pesado e iterar. A empresa está sob pressão de um modelo de negócios baseado no lucro, e os investidores precisam de demonstrações de rentabilidade sólidas para obter retorno rápido. Eles esperam que a empresa faça altos investimentos, assuma altos riscos e invista pesado para melhorar e iterar, mas há pouca motivação para isso;

É necessária uma instituição de pesquisa sem fins lucrativos com investimento estratégico nacional, semelhante ao Instituto Fraunhofer da Alemanha ou ao IMEC da Europa, para realizar investimentos de longo prazo na solução desse problema técnico comum!

2. Pesquisa e desenvolvimento de novas estruturas para dispositivos de ponta

—A história do IGBT de silício não pode ser repetida. Estruturas de trincheira e superjunções precisam ser planejadas e desenvolvidas com antecedência. Existem muitas estruturas possíveis, algumas confiáveis e outras não. O custo do investimento em P&D por empresas sozinhas é alto. É necessária uma instituição de pesquisa conjunta industrial, como o AIST do Japão, que possa efetivamente unir esforços para investir, ou uma instituição de aliança de laboratórios nacionais, como a Power American, nos Estados Unidos. O modelo de pesquisa e desenvolvimento sem fins lucrativos compartilha propriedade intelectual e autorização de tecnologia;

—Ga2O3, AlN, diamante e outros novos sistemas de materiais precisam ser planejados com antecedência; as empresas obviamente não têm energia para cuidar disso ainda; precisamos de uma entidade de investimento em pesquisa sem fins lucrativos e sem conflitos de interesse, o Fraunhofer da China, o IMEC da China!

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