Горячая линия обслуживания
Новости
Новости
2021 год: Атака на внутренний рынок карбида кремния!
2022-03-17
313
Полупроводниковая промышленность известна как «поколение материалов, поколение технологий, поколение промышленности». Первым поколением был кремний, вторым — арсенид галлия, а сегодня мы будем изучать цепочку создания стоимости в полупроводниковой промышленности третьего поколения.
Нитрид галлия (GaN) и карбид кремния (SiC) называются полупроводниковым дуэтом третьего поколения. В этой статье мы сосредоточимся на карбиде кремния (SiC).
Сегодня, когда характеристики кремниевого материала близки к теоретическому пределу, силовые приборы на основе карбида кремния (SiC) всегда считались «идеальными устройствами» и пользовались большим спросом благодаря высокому выдерживаемому напряжению, низким потерям, высокой эффективности и другим характеристикам.
В связи со стремительным развитием стратегически важных новых отраслей, таких как 5G, электромобили, фотоэлектрическая энергетика и аэрокосмическая промышленность, компании, находящиеся как выше, так и ниже по цепочке поставок, спешат выйти на рынок.Благодаря огромному потенциалу роста рыночного спроса, благоприятной инвестиционной среде и государственной поддержке, отрасль SIC в моей стране завершила базовую структуру..
С точки зрения областей применения, крупнейшим рынком сбыта для устройств на основе карбида кремния (SiC) являются электромобили, на которые приходится более 50%. В будущем крупнейшим рынком SiC станет Китай.
По мере того, как технологические процессы производства полупроводниковых материалов первого и второго поколений постепенно приближаются к физическим пределам, полупроводниковые материалы третьего поколения, которые, как ожидается, преодолеют узкое место традиционных полупроводниковых технологий, стали фаворитом в сфере развития отрасли.
На самом деле, разделение полупроводниковых материалов на «поколения» в Китае частично объясняется тремя промышленными революциями, последовавшими за широкомасштабным применением полупроводниковых материалов.
Первое поколение полупроводниковых материалов представлено кремнием (Si), который заменил громоздкие электронные трубки и способствовал быстрому развитию микроэлектронной промышленности, в основе которой лежат интегральные схемы.
В качестве полупроводниковых материалов второго поколения используются в основном арсенид галлия (GaAs), антимонид индия (InSb) и др. Полупроводниковые лазеры на основе фосфида индия являются ключевыми компонентами оптических систем связи, а высокоскоростные устройства на основе арсенида галлия открыли новые возможности в области оптоволоконной связи и мобильной связи.
Полупроводниковые материалы третьего поколения, представленные карбидом кремния (SiC) и нитридом галлия (GaN), эффективно способствуют развитию новых энергетических технологий, фотовольтаики, электромобилей и других отраслей промышленности.
Судя по трем важным параметрам полупроводниковых материалов, полупроводниковые материалы третьего поколения превосходят кремниевые материалы в устройствах по трем показателям: подвижность электронов (высокочастотные рабочие характеристики в условиях низкого напряжения), скорость дрейфа насыщения (высокочастотные рабочие характеристики в условиях высокого напряжения) и ширина запрещенной зоны (прочность на разрыв, максимальная рабочая температура и оптические характеристики устройства).
Среди них наиболее привлекательным является полупроводник третьего поколения с широкой запрещенной зоной (WBG). Преимуществом большой ширины запрещенной зоны является устойчивость устройства к высокому напряжению и высокой температуре, высокая мощность, радиационная стойкость, высокая проводимость, высокая скорость работы и низкие потери.
В разрезе стран, Китай является крупнейшим в мире рынком автомобилей на новых источниках энергии, объемы продаж которого значительно превосходят показатели всех других стран и составляют более 40% мирового рынка.С точки зрения областей применения, крупнейшим рынком сбыта для устройств на основе карбида кремния (SiC) являются электромобили, на которые приходится более 50%. В будущем крупнейшим рынком SiC станет Китай.
Согласно данным IHS, общий объем рынка SiC (карбида кремния) в этом году достигнет 50 миллионов долларов США и вырастет до 160 миллионов долларов США к 2028 году. При этом на рынке зарядки электромобилей среднегодовой темп роста SiC в ближайшие несколько лет составит 59%; на рынке фотоэлектрических элементов и систем хранения энергии – 26%; а в сегменте источников питания этот показатель достигнет 16%. В целом, среднегодовой темп роста также составляет 16%.
Правительство выступает в роли венчурного капитала и участвует в инвестировании и строительстве большого количества проектов по производству карбида кремния.
Большинство проектов по производству карбида кремния реализуются и строятся совместно местными органами власти и предприятиями. Местные органы власти вкладывают относительно больше средств и несут больше рисков.
В отличие от традиционных проектов на основе кремния, которые сосредоточены в городах первого и второго уровня в Китае, проекты на основе карбида кремния распространены по всей стране.
По сравнению с проектами на основе кремния, общие инвестиции в проекты на основе карбида кремния относительно невелики, и многие муниципалитеты малых и средних городов стремятся улучшить имидж города и расширить присутствие полупроводниковой промышленности.
Краткий обзор некоторых проектов по использованию карбида кремния, в которых принимают непосредственное участие местные органы власти.
Инвестиционный спрос растет, и в индустрию карбида кремния вливаются огромные суммы денег.
Центральное и местные органы власти приняли ряд мер для содействия развитию отрасли производства карбида кремния.
Кроме того, в рамках программы «Сделано в Китае 2025» страна также выдвинула конкретные цели по локализации 5G-коммуникаций и эффективному управлению энергопотреблением. Цель состоит в том, чтобы к 2025 году уровень локализации передовых полупроводниковых материалов достиг 50%. Эти благоприятные меры значительно помогут дальнейшему развитию и росту рынка SiC.
На выставке Munich Electronics Show 2021 компания Lujing Semiconductor приняла участие в ней. Телевизионная рубрика «Качество» взяла интервью у генерального директора компании г-на Сюй Вэньхуэя о программе «Сделано в Китае 2025» и развитии полупроводников третьего поколения. Применение силовых устройств на основе карбида кремния получит широкое распространение в ближайшие 3-5 лет и в некоторых областях может даже полностью заменить кремниевые аналоги.
По сравнению с зарубежными рынками, в моей стране исследования в области материалов и устройств на основе карбида кремния начались сравнительно поздно. Под влиянием различных факторов китайская производственная цепочка по карбиду кремния завершила базовую структуру и достигла определенных результатов, постепенно сокращая отставание от передовых зарубежных технологий. На каждом звене этой цепочки появилось несколько ведущих компаний.
Существует явный разрыв между техническими показателями и данными международных производителей, а нестабильность качества продукции является недостатком, который трудно преодолеть.
Причины технологического отставания и проблем с однородностью отечественных субстратов можно условно разделить на две категории:
-
Технические аспекты, такие как подбор материалов, точность оборудования и контроль теплового поля, требуют длительного периода накопления знаний. Отечественные производители начали сравнительно поздно и инвестировали меньше средств, что создало явный разрыв с ведущими зарубежными производителями.
-
У отечественных производителей меньше клиентов, и они разбросаны по разным регионам, поэтому скорость обратной связи у них ниже, а содержание отзывов неполное. Ассортимент продукции CREE включает подложки, эпитаксию, устройства и даже модули, а обратная связь от производителей достаточная и своевременная.
Технологический разрыв напрямую приводит к низким общим эксплуатационным характеристикам подложки и ее непригодности для использования в производственных линиях с более высокими требованиями.
Проблема однородности означает низкую долю высококачественных субстратов, что напрямую приводит к значительному увеличению их стоимости.
В основном из-за двух вышеуказанных причин отечественные субстраты в настоящее время не могут попасть в основную цепочку поставок.
Технические барьеры невелики, и общий технический уровень не сильно отличается от уровня зарубежных стран.
Эпитаксиальная технология относительно проста, и основной процесс заключается в выращивании нового слоя монокристалла на исходной подложке из карбида кремния (SiC). Это звено с меньшей добавленной стоимостью и более низким техническим порогом во всей производственной цепочке.
Процесс эпитаксиального осаждения основан на использовании отработанного оборудования (в настоящее время основным оборудованием в отрасли является оборудование для химического осаждения из газовой фазы, поставляемое компанией Aixtron и другими компаниями). Процесс осаждения из газовой фазы строго контролируется расходомерами. Отрасль и поставщики оборудования обладают относительно зрелыми технологиями.
Взяв в качестве примера отечественного производителя Han Tiantian, можно сказать, что его технический уровень не сильно отличается от уровня японской компании Showa Denko, ведущего международного производителя оборудования для расширения производства. Согласно результатам опросов, Hantian Tiancheng и Showa Denko успешно конкурируют на многих рынках по всему миру.
Существует явный разрыв между техническими показателями и данными международных производителей. Недостатком является нестабильность качества продукции, которую трудно преодолеть. Отечественным субстратам по-прежнему сложно войти в основную цепочку поставок.
дизайн:Конструкция SiC-устройств относительно проста, и разрыв с зарубежными странами относительно невелик.
-
Патентные барьеры для проектирования SiC SBD-устройств отсутствуют. Ведущие отечественные компании начали исследования и разработки SiC SBD-устройств шестого поколения, и отставание от зарубежных стран относительно невелико.
-
Что касается SiC MOSFET-устройств, многие отечественные компании заявляют о завершении исследований и разработок, но еще не приступили к серийному производству. В то же время, патент на новейший SiC MOSFET-транзистор четвертого поколения принадлежит зарубежным компаниям, и в будущем могут возникнуть проблемы с патентами.
производство:Существует явный разрыв между производством устройств на основе карбида кремния и зарубежными странами.
-
Большинство производственных линий по выпуску SiC SBD-устройств находятся на начальной стадии запуска. Им еще предстоит пройти такие этапы, как наращивание производственных мощностей, и до крупномасштабного и стабильного массового производства еще далеко.
-
В настоящее время все отечественные платформы для производства SiC MOSFET-устройств все еще находятся в стадии строительства, а производственные линии некоторых компаний пока находятся на стадии планирования, и до начала официального массового производства еще далеко.
Рыночная конкуренция жесткая, а общий уровень зрелости отечественной промышленности все еще низок.
Текущая конкурентная ситуация отечественных компаний в сегменте модулей SIC:
Многие отечественные производители электромобилей радикально изменили свою компоновку и построили собственные линии по производству SiC-модулей, чтобы удовлетворить собственные потребности и охватить весь производственный цикл. В то же время некоторые традиционные производители модулей также проводят горизонтальные исследования и разработки SiC-модулей, опираясь на опыт производства кремниевых модулей для ускорения прогресса в исследованиях и разработках.
Однако большая часть строительства линий по производству модулей для отечественных производителей электромобилей началась в 2019/20 годах, и наращивание объемов производства займет не менее 22 лет. Большинство новых китайских производителей модулей — это небольшие компании, еще не достигшие крупномасштабного массового производства. Уровень зрелости отечественной промышленности все еще низок.
Помимо конкуренции между отечественными производителями, реальное конкурентное давление в области SIC по-прежнему исходит от зарубежных гигантов. В настоящее время кремнийкарбидные SBD и MOSFET-транзисторы на 600-1700 В от крупных международных производителей, таких как Infineon, ST и Rohm, достигли массового производства. Отечественные производители кремнийкарбидных транзисторов в настоящее время в основном выпускают диоды. Лишь немногие производители MOSFET-транзисторов занимаются массовым производством, и еще есть место для прорывов. Что касается производственных линий, Cree, Infineon и другие начали развертывать 8-дюймовые линии, в то время как отечественные производители все еще переходят на 6-дюймовые линии. На долю Cree приходится около 40% рынка подложек.
Впереди еще долгое время будет идти напряженная борьба с отечественными компаниями, работающими в производственной цепочке SiC. Предстоит еще долгий путь! Но, к счастью, SiC показал себя чрезвычайно хорошо в различных областях, таких как 5G, электромобили и фотовольтаика. Рынок достаточно велик, и спрос на отечественные аналоги сохраняется, поэтому отечественные компании все еще могут конкурировать!
Шаньдун Тяньюэ,Тяньке Хэда, Чжунке Энергосбережение, Тунгуан Кристалл
Хан Тянь Тянь Ченг,Дунгуань Тяньюй
Sanan Integration,Тайко Тяньжунь, Чжаньсинь Электроника, Базовые полупроводники,Цзинань Люцзин Полупроводникждать.
Отказ от ответственности: Данная статья воспроизведена из источника «Город Лу Цзинсинь». Статья отражает исключительно личное мнение автора и не представляет точку зрения компании Sacco Micro и отрасли в целом. Она предназначена только для перепечатки и распространения и способствует защите прав интеллектуальной собственности. Пожалуйста, указывайте первоисточник и автора при перепечатке. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.
粤公网安备44030002007346号