浙江大学电气工程学院院长: 新能源为宽禁带半导体带来机遇

 2019-09-10 21:21  165人阅读   双一流大学网

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功率半导体技术的发展与全球能源的消耗紧密相关。在过去的几十年以及未来30年,我们面临的趋势是化石能源使用的逐渐减少,可再生能源应用的进一步增加。

可再生能源开发及节能减排都需要用到电力电子技术。不管是光伏、风电、新能源汽车,都需要对电能进行控制,而电能控制最核心的元件就是芯片,即供能芯片。人们常说的芯片种类很多,大致分成7类:计算、存储、传感、供能、通信、信息处理、光电。供能芯片的发展和同计算、存储芯片有着较大差别,因为计算和存储芯片依赖精细线宽,全球范围看,在这方面做得好的企业屈指可数。而供能芯片不需要精细线宽,它需要和应用紧密结合,在这方面,中国企业有优势,因为市场需求在我们自己手里,而且离我们最近。

功率半导体芯片目前发展到第3代,即以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带半导体,它们具有导热率高、击穿电场高、介电常数低、禁带宽度高、饱和漂移速度高等一系列优势。以新能源汽车电机驱动器为例,采用宽禁带半导体芯片可以提高效率、节省冷却系统体积、提高功率密度,使电池效率提高10%,这是一个很大的比例。

宽禁带半导体产业链分为前中后端。前端是材料,包括晶锭生长、晶圆切割、外延生长;中端是器件,包括芯片研制、器件封测;后端是应用。目前,6英寸晶圆是国际上碳化硅的主流产品,近期开始研发和生产8英寸晶圆产品。按照现在的趋势,6英寸的保持主流状况至少还将有5~10年时间。

碳化硅电力电子器件主要包括二极管及MOSFET。碳化硅二极管器件产品方面,国内外20余家公司批量销售SiC肖特基二极管系列产品,产品技术发展到第五代,采用薄片、沟槽等先进技术,在不断提升性价比的同时,应用可靠性显著提升;碳化硅MOSFET器件产品方面,1700V以下中低压产品性能可靠性满足应用要求,产品发展到第三代,采用新型栅氧、沟槽结构等技术,比导通电阻RON,SP降低到第一代产品的1/3,阈值电压高温稳定性显著提升。当前,国际上碳化硅器件排名前十位的公司占了市场98%的份额,这里面没有中国公司,这正是我们要努力的方向。未来,宽禁带半导体产业的发展重点之一是碳化硅材料,尤其是衬底扮演的角色将越来越重要。目前,国内企业在芯片加工这个环节还不是很稳定,但未来5年之内一定会有若干家公司在芯片加工工艺的稳定性和品质方面做到在市场上立足。


责任编辑:诸玲珍

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