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简述碳化硅外延技术突破或改变产业格局

旺材芯片 2021-05-07 14:43 次阅读

碳化硅外延领域捷报连连!我国碳化硅产业或迎来史诗级利好

进入2021年以来,在碳化硅外延领域,国内外企业纷纷捷报连连。 2021年3月1日,日本丰田通商株式会社正式宣布成功开发出一种表面纳米控制技术——Dynamic AGE-ing。该技术可以让任何尺寸、任意供应商的SiC衬底的BPD(基平面位错)降低到1以下。

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图1丰田DynamicAGE-ing技术

无独有偶,2021年3月3日,瀚天天成电子科技(厦门)有限公司发布消息称,突破了碳化硅超结深槽外延关键制造工艺。

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图2碳化硅超结深槽外延关键制造工艺

碳化硅外延是碳化硅产业链中的重要一环。如今碳化硅外延技术的发展步入快车道,会对整个碳化硅外延生态圈产生什么影响呢?请容我一一道来。

或将改变国际碳化硅外延产业格局

碳化硅产业链主要分为晶片制备、外延生长、器件制造、模块封测和系统应用等几个重要的环节。其中外延生长是承上启下的重要环节,具有非常关键的作用。

图3碳化硅产业链

因为现有器件基本都是在外延层上实现的,所以对外延层质量的要求就非常之高。而且随着耐压性能的不断提高,所要求的外延层的厚度就越厚。一般电压在600V左右时,所需要的外延层厚度约在6微米左右;电压在1200-1700V之间时,所需要的外延层厚度就达到10-15微米。如果电压达到一万伏以上时,可能就需要100微米以上的外延层厚度。而随着外延层厚度的不断增加,对厚度和电阻率均匀性以及缺陷密度的控制就变得愈发困难。

目前,碳化硅外延的主流技术包括斜切台阶流技术和TCS技术等等。

所谓斜切台阶流技术即切割碳化硅衬底时切出一个8°左右的偏角。这样切出的衬底表面出产生很高的台阶流密度,从而容易实现晶圆级碳化硅外延。目前,斜切台阶流技术已经比较成熟。但是该技术也有两个缺陷:一是该技术无法阻断基平面位错;二是该技术会对衬底材料造成浪费。

为了突破台阶流技术的限制,人们又尝试在反应腔中加入含氯元素的硅源,最终通过不断地完善开发出TCS等技术。目前,碳化硅外延技术已与碳化硅外延设备高度融合。2014年,TCS等技术由意大利LPE公司最早实现商业化,在2017年AIXTRON公司对设备进行了升级改造,将这个技术移植到了商业的设备中。

目前,碳化硅外延设备主要由意大利的LPE公司、德国AIXTRON公司以及日本Nuflare公司所垄断。

预计到2023年碳化硅外延设备的年复合增长率有望超过50%。

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碳化硅外延设备市场前景

随着新兴碳化硅外延技术的崛起,这个几十亿规模的产业或将迎来新一轮的洗牌。

或将催熟我国碳化硅衬底材料产业

碳化硅是第三代半导体材料的典型代表,按照用途不同,可以分成珠宝级碳化硅材料、电力电子器件用N型碳化硅材料和功率射频器件用半绝缘碳化硅材料。虽然,近年来珠宝级碳化硅材料和半绝缘碳化硅材料的市场增长迅猛,但是N型碳化硅材料才是未来市场绝对的主角。

相对于珠宝级碳化硅和半绝缘碳化硅材料,N型碳化硅材料对晶体质量的要求更高。在该领域,我国碳化硅衬底企业与CREE公司国际一流企业还存在一定的差距。

如果诸如丰田研发的Dynamic AGE-ing等技术可以大规模在我国应用,那么N型碳化硅衬底材料的入场门槛无疑将会大幅度降低。据中国电子材料行业协会半导体材料分会统计,我们已经上马了30多个碳化硅衬底材料项目,投资已超300亿元。但是因为缺陷等技术原因,N型碳化硅衬底的产能迟迟不能释放。如果碳化硅外延技术获得关键突破,对我国碳化硅衬底材料企业而言,这无异于开闸放水。

或将推动我国碳化硅器件产业

虽然我国投资的碳化硅衬底项目已经有30多个,但是市场需求量最大的6英寸N型碳化硅晶片依然严重依赖进口。碳化硅衬底和外延的成本目前占到碳化硅模块总成本的50%以上,如果该问题不得到解决,我国碳化硅产业相比于美国很难有什么太大的竞争力。

市场研究单位Yole指出,碳化硅电力电子产业发展具高度潜力,包括ROHM、Bombardier、Cree、SDK、STMicroelectronics、Infineon Technologies、Littelfuse、Ascatron等厂商都大力投入。Yole预测到2023年SiC功率半导体市场规模预计将达14亿美元,2016年至2023年间的复合成长率(CAGR)为28%,2020~2022年CAGR将进一步提升至40%。

总而言之,未来前景广阔,但是国内各位碳化硅业界同仁还应勉励向前。

编辑:jq

原文标题:干货 | 碳化硅外延技术突破或改变产业格局

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发表于 08-01 01:02 130次 阅读

NXH240B120H3Q1 功率集成模块(PIM)3通道1200 V IGBT + SiC升压 80 A IGBT和20 A SiC二极管

B120H3Q1PG是一款3通道1200 V IGBT + SiC Boost模块。每个通道包括一个快速开关80 A IGBT,一个20 A SiC二极管,一个旁路二极管和一个IGBT保护二极管。该模块具有内置热敏电阻并具有压配销。 特性 优势 1200 V快速开关IGBT 降低IGBT的开关损耗可实现更高的fsw和更紧凑的设计 1200 SiC二极管 降低二极管的开关损耗可实现更高的fsw和更紧凑的设计 低Vf旁路二极管 提高旁路模式的效率 压合销 无焊接安装 应用 终端产品 太阳能逆变器升压阶段 分散式公用事业规模太阳能逆变器 商业串式逆变器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 08:02 213次 阅读

NXH80B120H2Q0 功率集成模块 双升压 1200 V 40 A IGBT + 1200 V 15 A SiC二极管

120H2Q0SG是一款功率集成模块(PIM),包含一个双升压级,由两个40A / 1200V IGBT,两个15A / 1200V SiC二极管和两个用于IGBT的25A / 1600V反并联二极管组成。另外还包括两个用于浪涌电流限制的25A / 1600V旁路整流器。包括一个板载热敏电阻。 特性 优势 IGBT规格:VCE(SAT)= 2.2 V,ESW = 2180 uJ 具有低VCE(SAT)的快速IGBT以实现高效率 25 A / 1600 V旁路和反并联二极管 低VF旁路二极管,在旁路模式下具有出色的效率 SiC整流器规格:VF = 1.4 V 用于高速切换的SiC二极管 可焊接引脚 轻松安装 双升压40 A / 1200 V IGBT + SiC整流器混合模块 热敏电阻 应用 终端产品 太阳能逆变器升压阶段 太阳能逆变器 UPS 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 08:02 127次 阅读

NXH100B120H3Q0 功率集成模块 双升压 1200 V 50 A IGBT + 1200 V 20 A SiC二极管

B120H3Q0是一款功率集成模块(PIM),包含一个双升压级,由两个50A / 1200V IGBT,两个20A / 1200V SiC二极管和两个用于IGBT的25A / 1600V反并联二极管组成。另外还包括两个用于浪涌电流限制的25A / 1600V旁路整流器。包括一个板载热敏电阻。 特性 优势 IGBT规格:VCE(SAT)= 1.77 V,ESW = 2200 uJ 具有低VCE(SAT)的快速IGBT以实现高效率 25 A / 1600 V旁路和反并联二极管 低VF旁路二极管,在旁路模式下具有出色的效率 SiC整流器规格:VF = 1.44 V 用于高速开关的SiC二极管 焊针和压合销选项 灵活安装 应用 终端产品 MPPT提升阶段 Bat tery Charger Boost Stage 太阳能逆变器 储能系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 07:02 143次 阅读

FPF2G120BF07AS 具有NTC的F2,3ch升压模块

一种快速,可靠的的安装方式。 特性 高效率 低传导损耗和开关损耗 高速场截止IGBT SiC SBD用作升压二极管 内置NTC可实现温度监控 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-31 04:02 203次 阅读

NCP566 LDO稳压器 1.5 A 超高PSRR 具有快速瞬态响应

低压差(LDO)线性稳压器将在固定输出电压下提供1.5 A电流。快速环路响应和低压差使该稳压器非常适用于低电压和良好负载瞬态响应非常重要的应用。器件保护包括电流限制,短路保护和热关断。 NCP566采用SOT-223封装。 特性 超快速瞬态响应(
发表于 07-30 08:02 112次 阅读
NCP566 LDO稳压器 1.5 A 超高PSRR 具有快速瞬态响应

NCP3284 4.5V至18V 30A高效率 DC / DC转换器 采用耐热增强型5mm x 6mm封装

4是一款30A POL,适用于在小型电路板占板面积内要求高效率的应用。该器件将DC / DC控制器与两个高效mosfet集成在一个采用热增强型5mm x 6mm QFN封装的信号中。它采用获得专利的增强型斜坡脉冲调制控制架构,可提供超快的负载瞬变,从而减少外部电容和/或提供更好的瞬态容差。与传统的恒定时间控制器相比,新架构还改进了负载调节。 特性 优势 效率高 减少电力损失 快速装载瞬态 减少输出电容的数量 频率选择 优化效率和输出滤波器尺寸的权衡 0.6%准确参考 允许非常精确的输出电压 远程感知 提供准确的输出电压 启用输入和电力良好指标 二手用于控制排序 可调节电流限制 低电流设计的灵活性 可调节软启动 允许控制开启坡道 热增强型QFN封装 改善散热 指定-40C至125C 应用 终端产品 服务器 网络 电信 ASICs servere 存储 网络 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 424次 阅读

NCP3233 降压转换器工作电压范围为3V至21V 最高可达20A

3是一款20A降压转换器(内置MOSFET),工作电压范围为3V至21V,无需外部偏置。该固定式变频器具有高效率,可调节输出以提供低至0.6V的电压。可调电流限制允许器件用于多个电流水平。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,高效电压模式同步降压转换器,工作电压为3 V至21 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围为3V至21V 允许同一器件用于3.3V,5V和12V母线 300kHz,500kHz和1MHz开关频率 用户可选择的选项,允许在效率和解决方案尺寸之间进行优化权衡 无损耗低侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 低压输出以适应低压核心 外部可编程软启动 降低浪涌电流并防止启动时出现无根据的过电流 预偏置启动 防止反向电流流动 所有故障的打嗝模式操作 如果故障情况消除,则允许重新启动 可调输出电压 灵活性 可调节电流限制 优化过流条件。允许较低饱和电流的较小电感器用于较低电流应用 输出过压保护和欠压电压保护 应用 终端产品 高电流POL应用 AS...
发表于 07-30 04:02 381次 阅读

NCP3231A 高电流同步降压转换器

1A是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出o电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 296次 阅读

NCP3231B 高电流 1MHz 同步降压转换器

1B是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 1MHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出ove r电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 153次 阅读

NCP3231 高电流同步降压转换器

1是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低 - 侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出过压保护和欠压保护 使用热敏电阻或传感器进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电力良好输出 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 218次 阅读

NCP1592 同步降压稳压器 PWM 6.0 A 集成FET

2是一款低输入电压,6 A同步降压转换器,集成了30mΩ高侧和低侧MOSFET。 NCP1592专为空间敏感和高效应用而设计。主要特性包括:高性能电压误差放大器,欠压锁定电路,防止启动直到输入电压达到3 V,内部或外部可编程软启动电路,以限制浪涌电流,以及电源良好的输出监控信号。 NCP1592采用耐热增强型28引脚TSSOP封装。 特性 30mΩ,12 A峰值MOSFET开关,可在6 A连续输出源或接收器处实现高效率电流 可调节输出电压低至0.891 V,准确度为1.0% 宽PWM频率:固定350 kHz,550 kHz或可调280 kHz至700 kHz 应用 终端产品 低压,高密度分布式电源系统 FPGA 微处理器 ASICs 便携式计算机/笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 148次 阅读

NCP3230 DC / DC转换器 4.5 V至18 V 30 A.

C转换器采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,可提供高达30 A的电流。 特性 优势 效率高 降低功耗并减少散热问题 4.5 V至18 V输入范围 允许使用5 V或12 V母线进行操作 综合mosfets 简化设计并提高可靠性 可调节软启动时序,输出电压 设计灵活性 过压,欠压和过流保护 安全启动到预偏置输出 应用 终端产品 高电流POL应用 为asics,fpga和DSP供电 基站 服务器和存储 网络 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 165次 阅读

NCP3235 4.5 V至21 V 集成MOSFET的DC / DC转换器

5是一款带内部MOSFET的15 A DC / DC转换器,设计灵活。该器件可提供低至0.6V至输入电压80%以上的可调输出电压。功能包括可调电流限制,输出电压和软启动时序。引脚可选功能可实现550 kHz或1 MHz的开关频率,选择DCM / CCM工作模式,以及在过流期间锁定或打嗝模式的能力。该器件可配置为在超声模式下工作,以避开音频带。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm TQFN封装。 特性 优势 准确0.6 V参考 可调输出以设置所需电压低至0.6 V DCM / CCM可选择选项 在不连续模式下操作以在轻负载下提高效率 550kHz / 1.1MHz开关频率 选择更高效率或更小输出滤波器的设计灵活性 超声波模式 保持电容器不发出声音 热增强型QFN封装 3个裸露焊盘散布更高 4.5 V至21 V的宽工作范围 允许跨多个应用程序使用 可调软启动 允许在通电期间平稳上升 应用 终端产品 计算/服务器 数据通信/网络 FGPA,ASIC,DSP电源 12 V负载点 桌面 服务器 网络 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 206次 阅读