SiC需求爆发！赛道正式开启，国内企业迅速就位

电子发烧友网报道（文/李诚）功率器件从硅基向碳化硅的转型，成为了半导体集成电路领域快速发展的一个缩影，对整个电力电子行业的发展具有重大的影响。
 
碳化硅功率器件弥补了硅基功率器件无法触及的高度，提升了功率器件的性能和应用场景。目前，碳化硅功率器件在电动汽车领域与光伏发电领域的应用较为普遍，碳化硅功率器件提升了电动汽车的续航里程，缩短了充电时间，同时提高了光伏发电的转换效率。在国家倡导使用清洁能源的政策背景下，碳化硅在国内市场有着广阔的发展空间和需求。
 
据IHS Markit预测，至2027年全球碳化硅功率器件市场规模有望突破100亿美元。随着电动汽车（EV）、光伏发电行业的迅猛发展，碳化硅功率器件的百亿赛道正式开启，国产碳化硅企业迅速就位。
 
华润微国内功率器件龙头企业
 
华润微是国内功率器件、产品解决方案的主要提供商。拥有多条晶圆产线，具有独立完成晶圆制造、封装、芯片测试的能力。在功率器件方面，华润微掌握了沟槽型SBD先进的功率器件设计技术和生产工艺。据华润微2021上半年财报显示，上半年实现营收44.55亿元，同比增长45.43%。其中，功率器件是营收增长的主要来源。
 

 
图源：华润微

 
从官网信息显示来看，华润微的碳化硅功率器件目前只有电压等级为650V和1200V的碳化硅二极管两种品类，碳化硅MOSFET还并未正式推出。华润微650V和1200V的碳化硅二极管均属于工业级产品，额定电流覆盖了2A至40A，可以满足客户对不同电压、电流的需求，产品主要是面向光伏发电、UPS、汽车充电桩等应用领域，同时，华润微官方表示，工业级的碳化硅二极管也可在车载高压OBC产品中应用。在产能方面，华润微的碳化硅二极管是在自有的6英寸晶圆产线进行生产的，出货量稳定，保证了市场货源的充足。目前，华润微正在研究的第四代碳化硅二极管产品，在技术上获得了新的突破，产品综合性能已经实现与世界水平平齐。
 
碳化硅MOSFET方面，此前已有媒体报道，华润微的碳化硅MOSFET将于11月的第一个周末发布，补齐华润微在碳化硅领域的产品空缺，但迟迟未见新品的露面。11月11日，据电子发烧友网记者了解到，原本定于11月，在重庆发布的碳化硅MOSFET，因疫情影响新品发布延期，预计新品碳化硅MOSFET将会在12月推出。
 
碳化硅晶圆产线方面，在其他国内企业还在积极布局碳化硅产业时，华润微的6英寸晶圆产线在2020年下半年就已经进入了投产状态，该产线按计划，月产能在1000片左右。
 
泰科天润国内碳化硅功率器件倡导者
 
泰科天润，碳化硅功率器件解决方案的主要提供商，近年来不断融资，扩大碳化硅产业规模，推动国内碳化硅在各个领域的发展。泰科天润采用的是IDM的生产模式，实现了产线的自主可控。
 

 
图源：泰科天润

 
泰科天润通过专有的设计技术，利用沟槽结构设计碳化硅肖特基二极管，既保证了阻断电压的大小，还增大了二极管阳极区域的接触面积。进而降低了二极管的导通电阻，减小了系统损耗。泰科天润的碳化硅肖特基二极管有600V/2A-100A、1200V/2A-50A、1700V/5A -50、3300V/0.6A-50A，4个不同电压等级系列的产品。其中，第四代电压等级为1200V的碳化硅肖特基二极管通过了AEC-Q101车规级可靠性认证。同时，泰科天润第五代650V的碳化硅肖特基二极管G51XT，采用了SOD-123的封装，厚度只有1mm，是全球首款最小的碳化硅二极管，这款产品很好地解决了寄生电感的问题。因为体积较小的优势，非常适合应用于手机电源适配器等对器件体积要求严格的器件中。
 
泰科天润的碳化硅功率器件，与同等电压等级下其他厂商的产品相比，泰科天润的产品面积更小，在不改变产品面积的前提下，通过优化，碳化硅功率器件的抗浪涌能力能达到10倍甚至更高。
 
在产能方面，泰科天润目前有两条晶圆产线，分别为4英寸和6英寸的碳化硅晶圆产线处于运行状态，这两条产线的晶圆制造良率都控制在了90%以上。其中，湖南的6英寸产线计划年产能6万片，据预计，将会带来13亿的年产值。
 
基本半导体国内第三代半导体领军企业
 
基本半导体团队，有着国内外多位知名高校和研究机构的博士带队，该企业的业务主要是面向碳化硅功率器件材料的生产、产品的设计、制造以及封测。基本半导体采用IDM的垂直产业模式，加快企业在碳化硅领域站稳脚步。
 

 
图源：基本半导体

 
在碳化硅二极管方面，基本半导体基于自身在碳化硅外延层的优势，开发了B1D10K02Q。B1D10K02Q是一款碳化硅PiN二极管，这款二极管的能承受10kV的反向电压，阻断电压为14kV，与传统的二极管相比，这款芯片的开关频率更快。在高压系统中应用能够降低元器件的使用数量，降低电路的设计难度，提高系统的可靠性。B1D10K02Q采用的是4英寸的晶圆产线，产品良率可达到90%以上。
 
为顺应市场的需求，基本半导体还推出了，采用SMBF封装小尺寸的碳化硅肖特基二极管B2D04065V，面积仅为19平方毫米，主要应用于快充电源适配器中。B2D04065V的电压等级为650V，正向导通电压为1.35V，为降低碳化硅肖特基二极管的浪涌电压和高温工作状态的系统损耗问题，采用了衬底减薄工艺。同时该工艺的加入，在晶圆生产过程中还可以减少传片时晶圆发生缺口或裂缝等情况，从而提升晶圆制造的良率。
 

 

 

图源：基本半导体
 

基本半导体的碳化硅MOSFET，大多集中在1200V的电压等级，额定电流在20A至114A之间。基本半导体1200V的碳化硅MOSFET具有较高的可靠性，主要体现在高栅氧寿命、稳定的高击穿电压、短路耐受等方面。基本半导体1200V的碳化硅MOSFET的击穿场强为10MV/cm，据官方表示，在负关断电压为20V的应用中，栅氧寿命在200年以上。同时，1200V碳化硅MOSFET的实际最高耐压值为1528V，即使在实际应用中出现尖峰电流，对系统的影响也不大。在产品设计时，基本半导体对1200V碳化硅MOSFET进行了优化，将产品短路的耐受时间提升至6μs，进一步保护了系统的安全性。
 
在晶圆产线布局方面，基本半导体的深圳坪山的第三代半导体产业基地和南京制造基地，在2020年相继开工，南京基地预计2021年年底开始投产，坪山基地预计2022年投产，这两个基地均有碳化硅产品的生产，届时国内碳化硅产能将会有所提升。
 
结语
 
如今，碳化硅功率器件市场需求爆发，国内企业也抓住了碳化硅发展的风口，大力发展碳化硅功率器件。同时，国内很多碳化硅企业都采用IDM的垂直产业模式，加速碳化硅功率器件产业的布局，瓜分市场红利。