創(chuàng )投大咖說(shuō) | 專(zhuān)訪(fǎng)芯塔電子創(chuàng )始人倪煒江博士：碳化硅芯片未來(lái)應用場(chǎng)景十分廣泛

　　前言

　　碳化硅作為第三代寬禁帶半導體材料的代表，在禁帶寬度、擊穿電場(chǎng)、熱導率、電子飽和速率等指標具有顯著(zhù)優(yōu)勢，可滿(mǎn)足現代工業(yè)對高功率、高電壓、高頻率的需求，主要被用于制作高速、高頻、大功率及發(fā)光電子元器件，碳化硅器件下游應用領(lǐng)域包括電動(dòng)汽車(chē)、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、5G通信等，其中新能源汽車(chē)為最大終端應用市場(chǎng)。創(chuàng )投集團邀請到了安徽芯塔電子科技有限公司創(chuàng )始人倪煒江博士，和我們一同分享碳化硅器件未來(lái)發(fā)展趨勢。

　　倪煒江，中科院博士，正高級工程師，IEEE協(xié)會(huì )會(huì )員，審稿員。倪煒江博士是北京市第三代半導體專(zhuān)家成員。倪博士先后在中電科集團第五十五研究所、泰科天潤半導體和世紀金光半導體從事碳化硅研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，擁有15年碳化硅行業(yè)從業(yè)經(jīng)歷。

　　倪博士于2020年10月在安徽蕪湖成立安徽芯塔電子科技有限公司，芯塔在北京、杭州、深圳設有研發(fā)中心、應用技術(shù)中心和銷(xiāo)售中心，湖州設有年產(chǎn)30萬(wàn)套碳化硅功率模塊封測基地。芯塔電子是一家專(zhuān)注于第三代半導體功率器件和應用技術(shù)創(chuàng )新與國產(chǎn)化的國家高新技術(shù)企業(yè)。

　　創(chuàng )投集團：碳化硅器件技術(shù)發(fā)展趨勢分析，碳化硅超級結MOS技術(shù)路線(xiàn)有哪些，未來(lái)，碳化硅超級結MOS是否有應用潛力?

　　倪博士：碳化硅器件未來(lái)平面型、溝槽型和超結技術(shù)都會(huì )發(fā)展，超級結結構的最大優(yōu)勢是降低外延層的電阻，所以在高壓器件上非常有優(yōu)勢，比如今后在1700V、2000V、3300V上的優(yōu)勢會(huì )比較大。芯片設計有“平面+超級結”或“溝槽+超級結”兩種技術(shù)方向，超級結自身的工藝技術(shù)路線(xiàn)參考硅器件，一是多次外延生長(cháng)、二是深槽回填，在碳化硅中溝槽回填的成本會(huì )更有優(yōu)勢。

　　創(chuàng )投集團：主驅大電流的碳化硅MOS良率不高的原因有哪些，未來(lái)良率提升的關(guān)鍵在哪?

　　倪博士：這幾年國內碳化硅的材料和制造技術(shù)都有很大的提升，現在中等電流規格MOS的良率可以做到90%以上。制約主驅MOS良率的重要一環(huán)是襯底和外延的缺陷密度，這個(gè)還與芯片的早期失效有關(guān)，所以單晶和外延技術(shù)的進(jìn)步是很重要的。第二個(gè)就是制造工藝，及在制造過(guò)程中的缺陷控制。

　　創(chuàng )投集團：專(zhuān)注于碳化硅器件的企業(yè)和專(zhuān)注于碳化硅模塊的企業(yè)，在產(chǎn)品競爭上的利弊?

　　倪博士：碳化硅企業(yè)如果只做單管不做模塊的話(huà)，限制了產(chǎn)品的應用領(lǐng)域和市場(chǎng)拓展，特別是大功率方向的應用;如果只做模塊沒(méi)有核心的芯片技術(shù)的話(huà)，芯片來(lái)源會(huì )受到影響，供應鏈會(huì )很被動(dòng)，產(chǎn)品整體性能價(jià)格不可控。因此，碳化硅產(chǎn)業(yè)中芯片是核心，模塊是產(chǎn)品和市場(chǎng)的衍生和擴展。

　　創(chuàng )投集團：碳化硅MOS在光伏逆變器領(lǐng)域和新能源車(chē)領(lǐng)域相較于硅基IGBT的優(yōu)勢，主要解決了哪些行業(yè)痛點(diǎn)。相較于硅基IGBT，下游客戶(hù)能接受的碳化硅器件/模塊價(jià)格區間?

　　倪博士：隨著(zhù)技術(shù)和產(chǎn)品的成熟，第三代半導體器件(例如SiC MOSFET)將在部分車(chē)型中替代Si基產(chǎn)品，大大提高汽車(chē)續航里程，縮短充電時(shí)間并優(yōu)化整車(chē)架構，提升駕駛體驗。當前碳化硅應用范圍逐步從高端車(chē)型下探。續航里程在500km以下的新能源車(chē)型有望逐步實(shí)現碳化硅功率器件的應用。光伏逆變器采用碳化硅功率模塊之后，轉換效率可從 96%提升至 99%以上，能量損耗降低 30%以上，極大提升設備循環(huán)壽命，具備縮小系統體積、增加功率密度、延長(cháng)器件使用壽命、降低系統散熱要求等優(yōu)勢。

　　概括來(lái)說(shuō)，碳化硅除了價(jià)格高于IGBT外，在性能、客戶(hù)接受度等方面，已沒(méi)有其他任何缺點(diǎn)。目前下游客戶(hù)能特別是高端客戶(hù)能接受IGBT 3倍以上的價(jià)格，但是當價(jià)格是IGBT的2倍時(shí)，整個(gè)系統的成本會(huì )比采用Si基IGBT的更低，產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)真正的爆發(fā)點(diǎn)，隨著(zhù)技術(shù)的快速進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)模塊的擴大，這個(gè)時(shí)間點(diǎn)即將來(lái)臨。

　　創(chuàng )投集團：碳化硅下游應用場(chǎng)景除現階段的車(chē)、風(fēng)、光、儲的開(kāi)拓及滲透，未來(lái)碳化硅應用是否有其他場(chǎng)景?

　　倪博士：碳化硅芯片未來(lái)應用場(chǎng)景十分廣泛。除了光儲充車(chē)領(lǐng)域，碳化硅芯片在軍工、航空航天(包括深空探測)、數據中心電源、工業(yè)變頻、UPS、軌道交通和電網(wǎng)等領(lǐng)域都會(huì )大展拳腳。

　　創(chuàng )投集團：碳化硅器件企業(yè)商業(yè)模式有哪些，未來(lái)各類(lèi)企業(yè)爭奪焦點(diǎn)及生存空間?

　　倪博士：碳化硅器件企業(yè)商業(yè)模式主要有Fabless和IDM。國內SiC功率器件的廠(chǎng)商包括Fabless和Foundry大多有向IDM模式演進(jìn)的趨勢。但IDM模式也并非適用于任何企業(yè)。目前國內很多碳化硅廠(chǎng)商體量并不大，尚未實(shí)現盈利，若是大規模建廠(chǎng)的話(huà)，運營(yíng)成本太高，對現金流的考驗非常大，工藝開(kāi)發(fā)的難度和客戶(hù)認可度也是問(wèn)題。如果能得到代工廠(chǎng)的支持，Fabless廠(chǎng)商在設計方面確實(shí)更具靈活性，在碳化硅MOS方面的研發(fā)進(jìn)程也較快，更適合具備高研發(fā)能力的創(chuàng )業(yè)團隊選擇布局。同時(shí)，代工廠(chǎng)的資質(zhì)也可以為其供應鏈可靠性背書(shū)。結合當前碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展階段和時(shí)間窗口等因素來(lái)看，國內IDM和Foundry + Fabless兩種商業(yè)模式將會(huì )長(cháng)期并存，而且各自滿(mǎn)足終端市場(chǎng)不同的應用場(chǎng)景。

　　對當前碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于早中期階段的情況，能深度合作的Fabless + Foundry，如形成C-IDM的模式會(huì )更有優(yōu)勢。因此，有國產(chǎn)Foundry資源，同時(shí)又有核心設計和工藝能力，具備長(cháng)期創(chuàng )新能力的技術(shù)團隊會(huì )有更大的競爭優(yōu)勢。

　　創(chuàng )投集團：　GaN是否在未來(lái)可能替代SiC的地位?

　　倪博士：GaN功率器件既擁有類(lèi)似SiC在寬禁帶材料方面的性能優(yōu)勢，也擁有更強的成本控制潛力。由于GaN是異質(zhì)外延材料，本身的缺陷和可靠性會(huì )對應用有一定的限制，因此大部分用于中低壓和高頻、甚至是高度集成化的領(lǐng)域，未來(lái)在這個(gè)領(lǐng)域有很大的市場(chǎng)，GaN與SiC雖有部分競爭，更多的是互補的市場(chǎng)。

　　感謝倪教授的分享，我們相信，碳化硅產(chǎn)業(yè)一定會(huì )在未來(lái)有很大的市場(chǎng)!

      來(lái)源：創(chuàng )投集團

　　審核：薛瑤

　　發(fā)布：尤異