編者按：隨著第一、二代硅基半導(dǎo)體工藝接近物理極限，摩爾定律慢慢開(kāi)始失效。受疫情后期汽車(chē)、工業(yè)和移動(dòng)通信等行業(yè)市場(chǎng)需求反彈因素推動(dòng)，再加上“碳中和”概念倡導(dǎo)及相關(guān)政策支持，被稱(chēng)之為第三代半導(dǎo)體的寬禁帶半導(dǎo)體電子器件的成長(zhǎng)動(dòng)能有望持續(xù)上升。世界主要半導(dǎo)體器件供應(yīng)商紛紛布局，迎接這一即將到來(lái)的盛宴。
作為世界半導(dǎo)體產(chǎn)品重量級(jí)供應(yīng)商，意法半導(dǎo)體長(zhǎng)期以來(lái)跟蹤寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)展，不斷通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和儲(chǔ)備資源建立寬禁帶半導(dǎo)體電子元器件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售完整體系，如今已經(jīng)成為以SiC和GaN材料的半導(dǎo)體元器件領(lǐng)先供應(yīng)商。
堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展理念
建設(shè)低碳環(huán)保型社會(huì)已經(jīng)成為全人類(lèi)的共同任務(wù)，為了實(shí)現(xiàn)2021年巴黎協(xié)定確立了2025年將地球升溫控制在1.5度以下的目標(biāo)，業(yè)界一直在努力通過(guò)提高電力利用效率，來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗低碳環(huán)保。
據(jù)意法半導(dǎo)體汽車(chē)和分立器件產(chǎn)品部(ADG) 執(zhí)行副總裁、功率晶體管事業(yè)部總經(jīng)理Edoardo Merli介紹，僅就工業(yè)領(lǐng)域而言，如果能將電力利用效率提升1%，就能節(jié)約95.6億千瓦時(shí)的能源。
可持續(xù)發(fā)展理念一直根植于意法半導(dǎo)體的企業(yè)文化，意法半導(dǎo)體公司已經(jīng)宣布在2027年成為一家“碳中和”企業(yè)，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，一方面要100%采用可再生能源，另一方面要加大寬禁帶半導(dǎo)體器件的市場(chǎng)供應(yīng)，從而長(zhǎng)期降低電力能源消耗。
不斷加強(qiáng)碳化硅技術(shù)創(chuàng)新
相比于硅基的第一、二代半導(dǎo)體產(chǎn)品而言，寬禁帶半導(dǎo)體擁有工作電壓高、開(kāi)關(guān)速度快、工作溫度高、導(dǎo)通電阻低、產(chǎn)生熱量少、耗散功率低、能效高等優(yōu)勢(shì)，碳化硅和氮化鎵在功率器件里非常出色的節(jié)能效果，使其多年以前就成為意法半導(dǎo)體公司著眼于未來(lái)的重要方向。
Edoardo Merli表示，早在1996年5月，意法半導(dǎo)體公司就開(kāi)始聯(lián)合卡塔尼亞大學(xué)展開(kāi)碳化硅半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新。在此之后的20多年里，意法半導(dǎo)體公司與意大利國(guó)家科研委員會(huì)、卡塔尼亞大學(xué)共同研究碳化硅新材料，充分利用所形成的技術(shù)生態(tài)，通過(guò)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)本身，生產(chǎn)流程、生產(chǎn)設(shè)備的一系列改良，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，最終取得了今天的成果。
目前，意法半導(dǎo)體的第三代碳化硅MOSFET已經(jīng)實(shí)理量產(chǎn)，第一代產(chǎn)品的芯片面積不斷減少，導(dǎo)通電阻不斷降低，同時(shí)針對(duì)某些特定應(yīng)用場(chǎng)景展開(kāi)定制化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了碳化硅器件產(chǎn)品家族成員的多種多樣。
每一代產(chǎn)品的Rds(on) x Area和Rds(on) x Qg在技術(shù)迭代的過(guò)程中都會(huì)得到改良，改良幅度提升約為20%-25%，從而帶來(lái)性能的巨大提升和成本的大幅降低。
據(jù)悉，除了650-1200V的第三代碳化硅產(chǎn)品外，高達(dá)2200V的第四代高功率產(chǎn)品也將于今年年底開(kāi)始正式量產(chǎn)。
可靠、完整的生產(chǎn)制造發(fā)展戰(zhàn)略
Edoardo Merli表示，對(duì)于碳化硅這樣的新興技術(shù)來(lái)說(shuō)，掌控甚至擁有自己的一整套產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)欠浅Ｖ匾Ｒ夥ò雽?dǎo)體公司制定了完整制造鏈戰(zhàn)略，這個(gè)戰(zhàn)略的重點(diǎn)是真正擁有功率半導(dǎo)體技術(shù)的制造實(shí)力。
Edoardo Merli認(rèn)為，碳化硅技術(shù)目前仍然處于雛形階段，因此仍然有許多領(lǐng)域需要我們進(jìn)一步探索和改良。首先是晶圓原材料的高成本，目前意法半導(dǎo)體已經(jīng)在與許多合作伙伴開(kāi)展技術(shù)研發(fā)試圖解決這一問(wèn)題。其次是外延成本，努力通過(guò)質(zhì)量改善成本效益，但這涉及到整個(gè)生產(chǎn)鏈條的各個(gè)環(huán)節(jié)，因此需要未來(lái)開(kāi)展更多的工作。
可以說(shuō)這也是意法半導(dǎo)體將外延層納入自身整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的原因之，在外延工廠(chǎng)引入自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)流程，從而提升自身生產(chǎn)制造的靈活性滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。
碳化硅襯底是制造鏈本身的重要組成部分，對(duì)芯片的成本、產(chǎn)量和質(zhì)量影響很大。通過(guò)收購(gòu)瑞典 Norstel AB公司，意法半導(dǎo)體公司獲得了碳化硅襯底制造技術(shù)，并把這項(xiàng)技術(shù)融入整體制造鏈。
在碳化硅方面，從襯底加工到最后的封裝測(cè)試，意法半導(dǎo)體正在擴(kuò)大整個(gè)制造過(guò)程的產(chǎn)能，正在把前工序和后工序的產(chǎn)能提高一倍，以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。為了應(yīng)為強(qiáng)勁的產(chǎn)能需求，在卡塔尼亞建立了碳化硅襯底產(chǎn)線(xiàn)。在新加坡的生產(chǎn)線(xiàn)規(guī)模將翻倍，目前正準(zhǔn)備將生產(chǎn)線(xiàn)從6英寸改造為8英寸，第一批8英寸原型也已經(jīng)誕生于ST SiC AB，預(yù)計(jì)于2024年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
未來(lái)，碳化硅產(chǎn)能到2024年將比2017年提升10倍，而從2024年到2027年規(guī)模也將進(jìn)一步擴(kuò)展，建設(shè)這些大型工廠(chǎng)的目的就是滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求、支撐自身的發(fā)展。
在氮化鎵方面，意法半導(dǎo)體公司采取了同樣的行動(dòng)，在此領(lǐng)域也有開(kāi)展一些收購(gòu)兼并，包括法國(guó)創(chuàng)新型企業(yè)EXAGAN。同時(shí)，意法半導(dǎo)體也與臺(tái)積電開(kāi)展合作，從而將許多內(nèi)測(cè)科技產(chǎn)品提前向市場(chǎng)發(fā)布，通過(guò)臺(tái)積電的渠道更好地觸達(dá)市場(chǎng)，最終目標(biāo)是完善內(nèi)測(cè)技術(shù)，最終服務(wù)于清晰明確的產(chǎn)品戰(zhàn)略。通過(guò)與代工廠(chǎng)合作，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)多地量產(chǎn)，來(lái)完善生產(chǎn)計(jì)劃。
目前我們對(duì)氮化鎵技術(shù)的推廣已經(jīng)在路上，100V到650V各類(lèi)產(chǎn)品將會(huì)陸續(xù)出爐，在8英寸生產(chǎn)線(xiàn)上誕生。在卡塔尼亞也有一條GaN-on-Si RF生產(chǎn)線(xiàn)用于氮化鎵生產(chǎn)。
致力于成為寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)先供應(yīng)商
在硅時(shí)代，意法半導(dǎo)體公司是業(yè)內(nèi)數(shù)一數(shù)二的重量級(jí)半導(dǎo)體產(chǎn)品供應(yīng)商。如今面向未來(lái)的寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，意法半導(dǎo)本公司除了繼續(xù)供應(yīng)傳統(tǒng)的IGBT、MOSFET產(chǎn)品外，還會(huì)把在碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體技術(shù)為代表的的全新科技推向市場(chǎng)，致力于成為這一新興領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠(chǎng)商。
據(jù)Edoardo Merli介紹，意法半導(dǎo)體已經(jīng)在碳化硅市場(chǎng)取得領(lǐng)導(dǎo)地位，2021年在碳化硅MOSFET領(lǐng)域已經(jīng)占到市場(chǎng)份額50%，在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域占比甚至達(dá)到60%。隨著汽車(chē)制造和工業(yè)界已經(jīng)將碳化硅的應(yīng)用加速提上日程，意法半導(dǎo)體將持續(xù)不斷地在新興科技和生產(chǎn)線(xiàn)改良進(jìn)行投入，以便應(yīng)對(duì)未來(lái)海量的、不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。
對(duì)于未來(lái)的展望，意法半導(dǎo)體CEO Jean-Marc Chery曾經(jīng)這樣講過(guò)：到2024年，意法半導(dǎo)體公司將在碳化硅領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)10億美元利潤(rùn)目標(biāo)。