Önsöz

Üçüncü nesil yarı iletken malzemeler üstün performansa ve enerji bandı yapısına sahiptir ve radyo frekans cihazları, optoelektronik cihazlar, güç cihazları vb. üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır ve 5G iletişimi, PD hızlı şarj gibi yeni ortaya çıkan alanlara yavaş yavaş nüfuz etmektedir. ve yeni enerji araçları. Yarı iletken endüstrisinin önemli gelişme yönü. Bununla birlikte, GaN ve SiC malzemelerinin teknik zorluklarının hala mevcut olduğu, yerli ikame derecesinin yüksek olmadığı ve maliyetin hala yüksek olduğu inkar edilemez; bu da Çin'deki üçüncü nesil yarı iletken endüstrisinin sürecini olumsuz etkiliyor. Ürün verimliliğini ve güç yoğunluğunu artırmaya yönelik temel malzemeler olan üçüncü nesil yarı iletken malzemeler GaN ve SiC'nin mevcut gelişim durumu büyük ilgi gördü.

GaN ve SiC malzemelerinin teknik zorlukları ve özellikleri

Şu anda üçüncü nesil yarı iletken malzemeler GaN ve SiC piyasada tanınmakta ve oldukça ilgi görmektedir. Güç yarı iletkenleri alanında, sektördeki kişiler, LED ışık yayan ve radyo frekansına ek olarak, üçüncü nesil yarı iletken malzeme SiC'nin teknik zorluklarının esas olarak alt tabaka kusurlarının kontrolünde yattığına inanıyor. Şu anda, düşük kusur yoğunluğuna sahip alt tabaka malzemeleri çoğunlukla Avrupalı, Amerikalı ve Japon üreticiler tarafından üretiliyor ve Çin'de başarılı olması uzun zaman alacak.

Aynı zamanda, üçüncü nesil yarı iletken malzeme SiC işleminin kontrol edilmesi zordur ve ürün partisi dalgalanmaları, düşük verim ve ana malzeme tedariğinin tekeline yol açar. Hatta piyasa fiyatının yüksek kaldığı ve şu anda sadece bazı uygulama pazarlarıyla sınırlı olduğu çıkarımı yapılıyor. Bununla birlikte, SiC'nin daha düşük kayıp, daha yüksek verimlilik, yüksek voltaj ve yüksek sıcaklık direnci gibi kendine has özellikleriyle karşılaştırıldığında, üçüncü nesil yarı iletken malzeme SiC'nin uygulanması daha fazla endüstriyi değiştirmeye başladı.

SiC'den farklı olarak GaN nispeten karmaşıktır. GaN, gerçek anlamda bir MOSFET değil, MOSFET'e benzer anahtarlama özelliğine sahip bir HEMT'dir (Yüksek Elektron Hareketli Transistör). GaN HEMT, alt katmana bağlı olmayan ve safir veya silikon alt katmanlara uygulanabilen düzlemsel iletken bir yapıdır ancak normalde kapalı olan cihazları uygulamak zordur. Zhuhai Gallium Future Technology Co., Ltd.'nin (kısaca "Galyum Geleceği") Pazarlama Direktörü Zhang Dajiang, iki çözüm olduğuna inanıyor: bunlardan biri, iki boyutlu elektron gazını bloke etmek için kapıya P tipi katkı eklemek. ve normalde kapalı işlevi gerçekleştirin; Birincisi, düşük voltajlı bir MOSFET'i kaynağa seri olarak bağlamak ve GaN geçidinin negatif voltajı kapatmasını sağlamak için düşük voltajlı MOSFET'i kontrol etmektir. Avantajı, MOSFET'in güçlü anti-parazit yeteneğine sahip olmasıdır.

Ayrıca üçüncü nesil yarı iletken malzeme GaN'ın mevcut teknik zorlukları da birçok başka açıdan kaynaklanmaktadır. Proses zorluğu açısından GaN malzemeleri cihaz verimi, tutarlılık ve güvenilirlik gibi zorluklarla karşı karşıyadır; GaN şirketleri için test içeriğini nasıl iyileştirebilir ve müşteriler için işleri en hızlı ve en doğru şekilde işleyebilir ve eleyebilirler? İyi cihaz; GaN'nin yüksek ısı direnci, yüksek frekans direnci, düşük Vth ve diğer özellikleri, geleneksel silikon cihazlardan farklı bir paketleme yönüne sahip olacak; aynı zamanda uygulamada üçüncü nesil yarı iletken malzeme GaN'nin eklenmesi geleneksel güç kaynağı endüstrisini altüst etti. Yeni enerji endüstrisinin PWM kontrol yongaları ve transformatör üreticileri için daha yüksek gereksinimleri var.

Muhabir, Chengdu Nitrogen Silicon Technology Co., Ltd.'nin ("Azot Silikon Teknolojisi" olarak anılacaktır) uzun bir araştırma ve uygulama döneminden sonra yalnızca normal çalışan cihazları seçemeyen eksiksiz bir test hatları seti inşa ettiğini öğrendi. Müşteriler aynı zamanda cihazları test edebilirler. Sınıflandırın, müşterilere gereksinimleri karşılayabilecek uygun maliyetli ürünler sağlayın ve iyileştirme talimatları sağlamak amacıyla dökümhanenin süreç gelişimine yardımcı olmak için çok sayıda pratik test verisi kullanın. Öte yandan Nitrojen Silikon Teknolojisi, GaN cihazlarının performansını ve kullanım kolaylığını artırmak için gelişmiş paketleme ve kapatma teknolojisini yoğun bir şekilde araştırıyor; aynı zamanda çözüm geliştirmek için büyük transformatör ve PWM çip üreticileriyle temasa geçti.

Xinmin Microelectronics (Shanghai) Co., Ltd.'nin ("Xinmin" olarak anılacaktır) CEO'su Yuan Weiwang, GaN'nin silikon cihazlara benzer olduğuna ve yüksek sıcaklıkta iç direncin katsayıdan 2 kat daha fazla bir artış gösterdiğine inanıyor . Silikon cihazlardan farklı olarak anahtar İşlem sırasında oluşan ek elektriksel stres, direncin dinamik olarak artmasına neden olur. Bu nedenle, GaN cihazlarının teknik zorluğu temel olarak farklı kullanım süreleri ve ortam sıcaklığının neden olduğu ve aşağıda gösterilen farklı iç dirençlerle nasıl başa çıkılacağında yatmaktadır:

1: RDson, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi sıcaklık arttıkça kararsız bir durum gösteriyor:

İki: RDson ayrıca aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi zaman içinde kararsız bir durum gösterir:

GaN cihazlarının yukarıda belirtilen sorunlarına dayanarak çözüm, termoelektrik stres faktörlerini kapsamlı bir şekilde dikkate almak ve RDson marj tasarımının 3-3.5 katı kullanmayı düşünmektir. SiC cihazları temel olarak mevcut Schottky diyotlarının uygulanmasında olgunlaşmıştır. Asıl sorun SiC MOSFET'lerin kararlılığıdır, bu da uzun vadeli süreç hata ayıklaması ve keşfi gerektirir ve teknik zorluklar temelde aşılmıştır.

PD hızlı şarjına ek olarak GaN, yüksek güçlü güç kaynaklarına saldırıyor

Gallium Future, Cascode yapılı GaN ürünlerinin Ar-Ge ve üretimine adanmış, Çin'in önde gelen GaN güç cihazı üreticisidir. Raporlara göre yapı, silikon cihazların kullanım kolaylığını ve GaN cihazlarının yüksek frekans ve yüksek verimlilik özelliklerini birleştirerek 10KW'a kadar yüksek güç yoğunluklu güç çözümleri elde ediyor. Ürünler esas olarak yüksek güçlü sunucu güç kaynakları, baz istasyonu güç kaynakları vb. için kullanılıyor. Yakın zamanda Gallium Future, hızlı şarj uygulamaları için iki küçük boyutlu SMD kaskod GaN cihazını piyasaya sürdü; G1N65R240PB ve G1N65R480PA, 65W ve 33W hızlı şarja karşılık gelir sırasıyla uygulamalar. Güçlü anti-parazit yeteneği ve basit sürüş yöntemiyle kullanıcıların Basit ve verimli GaN hızlı şarj tasarımına ulaşmalarına yardımcı olur.

Şu anda Nitrojen Silikon Teknolojisinin GaN güç cihazlarının PD ve LED güç kaynakları gibi tüketici alanlarındaki uygulaması giderek olgunlaştı. Beyaz eşyaların yanı sıra veri merkezleri, fotovoltaik ve diğer endüstrilerdeki ve hatta otomotiv elektroniği alanındaki üreticiler, Nitrosil Technology'nin GaN güç cihazlarına art arda büyük ilgi gösterdi. Gelecekte Nitrojen Silikon Teknolojisi ürünlerinin, daha yüksek güç ve daha istikrarlı bir GaN güç cihazı ve modül pazarını kademeli olarak dağıtmak için kendi geliştirdiği GaN sürücü çipleriyle işbirliği yapacağı bildiriliyor.

Muhabir, Xinmin GaN power MOS'un esas olarak süper hızlı şarj, LED güç kaynağı ve minyatür yüksek yoğunluklu güç kaynağında kullanıldığını öğrendi. Bunların arasında, süper hızlı şarj, geleneksel GaN'ın ana pazarıdır; LED güç kaynağı, devre kesiciler gibi minyatür yüksek yoğunluklu güç kaynağı, mikro baz istasyonu güç kaynağı ise yenilikçi bir alandır ve aynı zamanda GaN'nin ana düzen pazarıdır. Xinmin.

Üçüncü nesil yarı iletken malzeme GaN'nin ana pazarı olan PD hızlı şarj, giderek olgunlaştı. Gelecekte LED'ler, baz istasyonları ve sunucular gibi yüksek güçlü güç kaynakları, GaN malzemeleri için popüler uygulama pazarları haline gelebilir.

SiC otomotiv güç kaynağı pazarında parlayacak

Shenzhen Mipson Semiconductor Co., Ltd. (kısaca "Mipson") kuruluşundan bu yana üçüncü nesil yarı iletken malzeme SiC'nin geliştirilmesine, üretimine ve tanıtımına kendini adamıştır. İkili kombinasyon müşterilere daha istikrarlı seçenekler sunar. Şu anda şirketin SiC ürünleri PD hızlı şarj, aydınlatma güç kaynağı, fotovoltaik invertör ve sunucu güç kaynağı alanlarında olgun bir şekilde uygulanmaktadır; Gerilim segmentine karşılık gelen farklı pazarlara göre, en son proses teknolojisiyle birlikte temel parametreler, ürünleri kullanıcılar için daha uygun hale getirmek üzere farklılaştırılıyor. Tasarım. Şu anda MPS, SiC MOS ultra düşük iç dirençli ürünleri partiler halinde tedarik etmektedir ve pazarı ithal markalarla paylaşma yeteneğine sahiptir ve sürekli iyileştirme yoluyla müşterilere daha uygun maliyetli seçenekler sunmak için araştırma ve geliştirmeye yatırım yapmaya devam etmektedir.

Raporlara göre MPS, üçüncü nesil yarı iletken malzemeler alanında demiryolu taşımacılığı ve araç güç kaynağı pazarlarını aktif olarak konuşlandırdı ve bir dizi önde gelen yerli otomobil üreticisiyle anlaşmalar yaptı ve bazı ürünler halihazırda gemide denemelere başladı.

Şu anda Xinmin'in SiC cihazları çoğunlukla mikro invertörler ve yüksek güçlü invertörler dahil olmak üzere invertörlerde kullanılıyor. Şu anda Xinmin'in piyasaya sürdüğü ana ürünler SiC Schottky diyotları ve Schottky modülleridir. Xinmin'in üçüncü nesil yarı iletken malzeme pazarının esas olarak şarj yığınları ve sunucu güç kaynakları gibi yüksek verimli ve yüksek güçlü güç kaynağı durumlarında konuşlandırılacağı bildiriliyor.

Bu yıl itibariyle, Tyco Tianrun Semiconductor Technology (Beijing) Co., Ltd. ("Tyco Tianrun") on yıldır SiC çipleri alanında derin bir şekilde yer almaktadır ve ürünleri endüstrilerde (yüksek gibi) yaygın olarak kullanılmaktadır. -güç LED güç kaynakları, PC güç kaynakları, İletişim güç kaynağı, fotovoltaik invertör ve şarj yığınının şarj modülü vb.), araç güç kaynağı (OBC, DCDC vb.), tüketici (PD hızlı şarj gibi) pazarı .

Tyco Tianrun'un pazarlamadan sorumlu başkan yardımcısı Qiu Qi, gelecekteki güç kaynağı yönünün minyatürleştirme, hafiflik ve yüksek güç yoğunluğu olduğuna ve elektrikli araçlar gibi yeni ortaya çıkan alanların silisyum karbür cihazların ana uygulama alanlarından biri olması gerektiğine inanıyor. Çünkü elektrikli araç motorunun elektronik kontrolü tam silisyum karbür çözümünü benimserse ortalama altı adet altı inçlik silisyum karbür levha tüketilecektir. Güç yeni enerji araçlarında da var.

Yeni enerji araçları, çok sayıda otomotiv elektronik ve elektrik bileşeni gerektirir. Bu bileşenler, tüm makinenin genel değeri, boyutu, hacmi, dinamik performansı, aşırı yük kapasitesi, dayanıklılığı ve güvenilirliğinde çok önemli bir rol oynar. Yeni enerji araçlarının motor kontrol ünitesinde baskın güç ünitesi olarak silikon bazlı IGBT kullanılır ve motor ve kontrol ünitesi, tüm aracın maliyetinin yaklaşık %7-10'unu oluşturur; bu da aküden sonra en yüksek maliyetli ikinci bileşendir. Tüm aracın enerji verimliliğini belirleyen temel bileşendir. Aynı zamanda, daha yüksek güç yoğunluğu ve yüksek güvenilirlik elde etmek için hızlı şarj güç ünitelerinin daha güçlü bir performansa sahip olması gerekir ve üçüncü nesil yarı iletken malzeme SiC'ye dayalı yeni nesil otomotiv güç üniteleri de parlayacaktır.

Yerli ikame süreci devam edecek, maliyet giderek azalacak

2018'deki stokların tükenmesi dalgasından, büyük yabancı üreticiler hep birlikte yabancı müşterilere tedarik sağlamaya odaklandı ve 2020'deki salgının etkisine kadar, Güneydoğu Asya'daki yabancı üreticilerin üretim üsleri üretim kesintilerinden ciddi şekilde etkilendi ve yerel marka üreticileri defalarca teslimatın ağır sorumluluğunu üstlendiler. Buna ek olarak, üçüncü nesil yarı iletkenlerin hızla geliştirilmesi ulusal bir stratejiye yükseltildi. Büyük yurt içi talep pazarıyla birleştiğinde, yerelleştirme ve ikame için benzeri görülmemiş bir alan ortaya çıkıyor ve bu aynı zamanda tüm yurt içi üçüncü nesil yarı iletken sanayi zincirine kendini yenileme fırsatı verdi.

Bu yıl, devletin desteği ve yerli yarı iletken endüstrisinin aralıksız çabaları sayesinde, üçüncü nesil yerli yarı iletkenler inanılmaz bir hızla büyüyor. Üçüncü nesil yarı iletkenler açısından, yerli ve yabancı yarı iletkenler arasındaki fark, birinci ve ikinci nesil yarı iletkenler kadar belirgin değil. SiC diyotlar söz konusu olduğunda, yerli ürünler temelde yerelleştirilmiş ve endüstriyel ve otomotiv alanlarına girmiştir; SiC Mosfet açısından, yurtiçinde ve yurtdışında hala bazı boşluklar vardır; GaN açısından, ülkemizin GaN RF ekipman pazar ölçeği büyümeye devam etmektedir. Ana sütunlar ve ana büyüme itici güçleri kablosuz iletişim altyapısı vb.'dir. Silikon bazlı GaN açısından, artık çoğunlukla cep telefonu PD hızlı şarj ürünlerinde kullanılmaktadır, çünkü tüketici ürünleri maliyete çok duyarlıdır ve ürünün teknik eşiği endüstriyel sınıf ve araç sınıfından daha düşüktür, yerli ve yabancı arasındaki fark yakın gelecekte artık belirgin olmayacaktır.

Yuan Weiwang, önümüzdeki birkaç yıl içinde SiC Schottky'nin tamamen yerelleştirileceğini öngörüyor. Şu anda, SiC MOS hala esas olarak Japonya'da ROHM'ye, Amerika Birleşik Devletleri'nde cree'ye ve Avrupa'da STMicroelectronics ve Infineon'a dayanmaktadır. MOS'un yerelleştirilmesi hâlâ teknik süreçlerin daha da geliştirilmesini gerektiriyor ancak uzun vadeli eğilim hâlâ yerelleştirme yönünde.

Şu anda üçüncü nesil yarı iletken cihazların gelişim yönü açıktır ve yerli orijinal fabrikalar doğru zamanda ve yerde bulunmaktadır. Yerli üçüncü nesil yarı iletken malzeme SiC ortamı için, son iki yılda Çin-ABD ticaret savaşının, yabancı salgınların ve Güneydoğu Asya'daki ambalaj fabrikalarının kapatılmasının baskısı altında, yabancı üreticiler bekleyip durdu. İlk yıllarda yerli üreticilere yönelik tutumları giderek kollarını açtılar. Müşteriler ayrıca yerli orijinal üreticilerle iletişime açık bir tutum sergiliyor. Öte yandan bazı yabancı dostlar ile Avrupalı ​​ve Amerikalı otomobil üreticileri arasında derin bir bağ var ve diğer müşterilere yönelik tedarik kapasitesi azaldı. Yetersiz tedarik nedeniyle yerel referans müşterileri, yerli SiC de dahil olmak üzere yerli yarı iletkenleri değerlendirecek.

Qiu Qi, gelecekte 4 inçten 6 inçe kadar silisyum karbür malzemelerin ve hatta 8 inçlik üçüncü nesil yarı iletken malzeme SiC'nin maliyetinin düşeceğine ve bunun da bölünmüş silikon pazarını batıracağına inanıyor.

Mipson'un ürün müdürü Yang Yong, gelecekte üçüncü nesil yarı iletken malzemeler ile yabancı üreticilerin ürünleri arasındaki farkın, yetişene veya hatta onu geçene kadar giderek küçüleceğini ve fiyatın kesinlikle yaklaşacağını söyledi. ve atmosfere daha yakın. Nitrojen Silikon Teknolojisi pazar müdürü Ke Wei, 3-5 yıl içinde yerli GaN güç cihazlarının maliyetinin kaçınılmaz olarak geleneksel silikon bazlı MOS'un fiyatına yaklaşacağına ve pazarın yeni gözdesi haline geleceğine inanıyor.

Üçüncü nesil yarı iletken malzemelerin yerli ikamesi sürecinin hala kat etmesi gereken uzun bir yol var. Yuan Weiwang, Kanada'daki mevcut üçüncü nesil yarı iletkenlerde GaN cihazlarının hâlâ Navitas, PI ve gansystem tarafından yönetildiğine inanıyor. Sanayi ve otomotiv sektörlerinin hala kat etmesi gereken uzun bir yol var.

Üçüncü nesil yarı iletken malzemelerin geliştirilmesinde yeni yön

Hepimizin bildiği gibi, üçüncü nesil yarı iletken malzemelerin kullanımının amacı ürün verimliliğini ve güç yoğunluğunu artırmaktır. Yüksek güçlü ürünler çoğunlukla Si IGBT'lerden SiC MOSFET'lere kadar geliştirilmektedir. Günümüzde, araç uygulamalarında tamamen yerlerini almaya başlamışlardır. Verimliliğin artırılması ve ağırlığın azaltılması, elektrikli araçların pil ömrünü doğrudan iyileştirmektedir. Küçük ve orta güçteki ürünler arasında Si MOSFET'lerden GaN HEMT'lere kadar olan geliştirmeler yer alır ve başlıca uygulama alanları veri merkezi güç kaynakları ve şarj adaptörleridir.

Veri merkezi tarafından tüketilen enerji, toplam elektrik üretiminin yaklaşık %10'unu oluşturmaktadır. Üçüncü nesil yarı iletken malzeme GaN ile tasarlanan güç kaynağı, verimliliği 3 ila 5 puan artırarak ülkenin elektrik tüketiminin binde 3 ila 5'i oranında tasarruf sağlayabiliyor. . Bunun karbon nötrlüğü açısından çok önemli sonuçları vardır. Şarj adaptörleri açısından galyum nitrür kullanımı hacmi yarı yarıya azaltabilir ve bu, tüketiciler için temel olarak katı bir talep haline geldi. Özellikle PD3.1'in piyasaya sürülmesiyle birlikte gelecekte herhangi bir taşınabilir elektrikli cihazı şarj etmek için yanınızda yalnızca bir PD adaptörü getirmeniz yeterli olacaktır. Milyar dolarlık bir pazar olacak.

Yang Yong, ulusal "karbon nötrlüğü" stratejik tonu ve üçüncü nesil yarı iletkenlere yönelik sürekli desteğiyle Çin'in gelecekte küresel üçüncü nesil yarı iletken malzeme SiC tüketici pazarına kesinlikle liderlik edeceğine inanıyor. Aynı zamanda yerli üçüncü nesil yarı iletken malzeme SiC prosesi yavaş yavaş olgunlaşmaya başladıkça ve istikrarlı bir üretime geçtiğinden, üçüncü nesil yarı iletken malzeme sorununun yakın gelecekte temelden çözülebileceğine inanılıyor.

Yerelleşme eğilimi durdurulamaz. Üçüncü nesil yarı iletken, ülkenin virajlarda sollama yapmasının ana ürünüdür. Teknolojinin ilerlemesiyle birlikte çok geniş bir pazar alanı ortaya çıkacak. "Üçüncü nesil yarı iletken malzemeler yalnızca SiC ve GaN değil, aynı zamanda galyum arsenit (GaAs) gibi bileşikler de gelecekte önemli güçler olacak ve mevcut 5G PA, elektrik hattı geniş bant taşıyıcısı ve diğer alanlarda geniş uygulamalara sahip olacak. " Yuan Weiwang dedi.

Sonuç

Ulusal politikalar ve yarı iletken endüstrisinin desteğiyle GaN ve SiC tarafından temsil edilen üçüncü nesil yarı iletken malzemeler, yarı iletken endüstrisinin gelişiminin önemli bir odak noktası haline geldi. Özellikle PD hızlı şarj ve yeni enerji araçları alanında, üçüncü nesil yarı iletken malzemeler GaN ve SiC'nin kullanılması, ürün inovasyonunu ve yinelemesini büyük ölçüde teşvik etti. Yerli ikamenin mevcut durumu göz önüne alındığında, yerli üreticiler gelişmeye, yenilik yapmaya ve teknik zorlukları aşmaya devam ettikçe, yerli üçüncü nesil yarı iletken sanayinin konumu önemli bir yer tutacak; Yarı iletken malzemelerin maliyeti de düşecek ve daha yüksek güçlü güç kaynakları için akıllı şebekeler ve demiryolu taşımacılığı gibi birçok alanda GaN ve SiC gibi üçüncü nesil yarı iletken malzemeler görülecek.

Yasal Uyarı: Bu makale "Elektronik Akıllı Üretim Endüstrisi"nden kopyalanmıştır, bu makale Sacco Micro ve sektörün görüşlerini değil yalnızca yazarın kişisel görüşlerini temsil etmektedir, yalnızca yeniden basılmak ve paylaşılmak içindir, fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemek için lütfen orijinalini belirtin kaynak ve yazar. , herhangi bir ihlal varsa, silmek için lütfen bizimle iletişime geçin.