《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 電源技術(shù) > AET原創(chuàng) > 詳解意法半導(dǎo)體寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展戰(zhàn)略

詳解意法半導(dǎo)體寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展戰(zhàn)略

2022-03-05
來源:意法半導(dǎo)體

編者按:隨著第一、二代硅基半導(dǎo)體工藝接近物理極限,摩爾定律慢慢開始失效。受疫情后期汽車、工業(yè)和移動通信等行業(yè)市場需求反彈因素推動,再加上“碳中和”概念倡導(dǎo)及相關(guān)政策支持,被稱之為第三代半導(dǎo)體的寬禁帶半導(dǎo)體電子器件的成長動能有望持續(xù)上升。世界主要半導(dǎo)體器件供應(yīng)商紛紛布局,迎接這一即將到來的盛宴。

 Edoardo MERLI.jpg

作為世界半導(dǎo)體產(chǎn)品重量級供應(yīng)商,意法半導(dǎo)體長期以來跟蹤寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)展,不斷通過技術(shù)創(chuàng)新和儲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)保型社會已經(jīng)成為全人類的共同任務(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)界一直在努力通過提高電力利用效率,來實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗低碳環(huán)保。


據(jù)意法半導(dǎo)體汽車和分立器件產(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。

st1.jpg

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)體器件的市場供應(yīng),從而長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,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)體公司著眼于未來的重要方向。

st2.jpg

Edoardo Merli表示,早在1996年5月,意法半導(dǎo)體公司就開始聯(lián)合卡塔尼亞大學(xué)展開碳化硅半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新。在此之后的20多年里,意法半導(dǎo)體公司與意大利國家科研委員會、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),通過對這項(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)針對某些特定應(yīng)用場景展開定制化設(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)迭代的過程中都會得到改良,改良幅度提升約為20%-25%,從而帶來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,對于碳化硅這樣的新興技術(shù)來說,掌控甚至擁有自己的一整套產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)欠浅V匾?。意法半?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。

 st3.jpg

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展技術(shù)研發(fā)試圖解決這一問題。其次是外延成本,努力通過質(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),因此需要未來開展更多的工作。


可以說這也是意法半導(dǎo)體將外延層納入自身整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的原因之,在外延工廠引入自動化技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)流程,從而提升自身生產(chǎn)制造的靈活性滿足市場需求。


碳化硅襯底是制造鏈本身的重要組成部分,對芯片的成本、產(chǎn)量和質(zhì)量影響很大。通過收購瑞典 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。

st4.jpg

在碳化硅方面,從襯底加工到最后的封裝測試,意法半導(dǎo)體正在擴(kuò)大整個(gè)制造過程的產(chǎn)能,正在把前工序和后工序的產(chǎn)能提高一倍,以滿足市場需求。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。在新加坡的生產(chǎn)線規(guī)模將翻倍,目前正準(zhǔn)備將生產(chǎn)線從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,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)這些大型工廠的目的就是滿足市場的需求、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,在此領(lǐng)域也有開展一些收購兼并,包括法國創(chuàng)新型企業(yè)EXAGAN。同時(shí),意法半導(dǎo)體也與臺積電開展合作,從而將許多內(nèi)測科技產(chǎn)品提前向市場發(fā)布,通過臺積電的渠道更好地觸達(dá)市場,最終目標(biāo)是完善內(nèi)測技術(shù),最終服務(wù)于清晰明確的產(chǎn)品戰(zhàn)略。通過與代工廠合作,縮短產(chǎn)品上市時(shí)間,并實(shí)現(xiàn)多地量產(chǎn),來完善生產(chǎn)計(jì)劃。

 st5.jpg

目前我們對氮化鎵技術(shù)的推廣已經(jīng)在路上,100V到650V各類產(chǎn)品將會陸續(xù)出爐,在8英寸生產(chǎn)線上誕生。在卡塔尼亞也有一條GaN-on-Si RF生產(chǎn)線用于氮化鎵生產(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)二的重量級半導(dǎo)體產(chǎn)品供應(yīng)商。如今面向未來的寬禁帶半導(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,致力于成為這一新興領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商。


據(jù)Edoardo Merli介紹,意法半導(dǎo)體已經(jīng)在碳化硅市場取得領(lǐng)導(dǎo)地位,2021年在碳化硅MOSFET領(lǐng)域已經(jīng)占到市場份額50%,在電動汽車領(lǐng)域占比甚至達(dá)到60%。隨著汽車制造和工業(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)線改良進(jìn)行投入,以便應(yīng)對未來海量的、不斷增長的市場需求。


對于未來的展望,意法半導(dǎo)體CEO Jean-Marc Chery曾經(jīng)這樣講過:到2024年,意法半導(dǎo)體公司將在碳化硅領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)10億美元利潤目標(biāo)。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。