为助力中国第三代半导体行业发展提质增效,更好地整合国内外第三代半导体行业的优势资源,实现中国半导体行业迅速崛起。2017年11月1日,由国家半导体照明工程研发及产业联盟、第三代半导体产业技术创新战略联盟、北京市顺义区人民政府主办的第十四届中国国际半导体照明论坛暨 2017 国际第三代半导体论坛开幕大会在北京顺义隆重召开。会期两天半,同期二十余场次会议。2日上午,举行的“碳化硅材料与器件分会” 特邀请浙江大学教授、博士生导师盛况和山东大学教授徐现刚共同担任分会主持人。徐现刚教授还分享“SiC单晶生长技术的现状与展望”深度报告,带来最新的技术进展和前景趋势分析。
会上,来自美国Wolfspeed 电力设备研究科学家Jon ZHANG教授带来“碳化硅功率器件的现状与展望”主题报告;荷兰代尔夫特理工大学教授、IEEE电力电子协会主席Braham FERREIRA,德国爱思强股份有限公司电力电子器件副总裁Frank WISCHMEYER,国家电网全球能源互联网研究院功率半导体研究所副总工程师杨霏,日本大阪大学助理教授CHEN Chuantong,南京电子器件研究所黄润华博士、超凡数据与咨询事业部检索业务高级总监马志勇等专家及知名企业负责人出席活动并分享各自专场研究进展报告。
碳化硅(SIC)被半导体界公认为“一种未来的材料”,是新世纪有广阔发展潜力的新型半导体材料。预计在今后5~10年将会快速发展和有显著成果出现。Jon ZHANG教授表示,功率半导体器件是电力电子系统的重要组成部分,其决定了能量调节系统的效率、尺寸和成本。功率器件的进步革新了电力电子系统。针对不同的应用,如今的商业市场提供了广泛的电子器件。在所有类型的电力器件中,IGBTs和FRDs是目前是分立器件和功率模块中最常用的组件。尽管有这些优势,Si 功率器件正在接近他们的性能极限。
荷兰代尔夫特理工大学教授、IEEE电力电子协会主席Braham FERREIRA在“未来宽禁带电力电子技术的发展”报告时表示,开幕式上曹部长说到2030年巨大的战略和规划,同时我们有非常卓越的一些技术性的演讲,但这些演讲都是关于技术方面的,我们能做什么?如果我们将其与我们的科研和研发相连起来,就像我所讲的它之间的一个连接点在哪里,以及有这样在三十年当中这样一些影响。在我看来这两者之间的联系是缺失的,这也是我过去很努力的方向。
德国爱思强股份有限公司电力电子器件副总裁Frank WISCHMEYER先生分享了,就高生产率的碳化硅同质外延的程序在大容量生产反应器当中的表现主题报告。他表示,用于高产量生产的高增长率SiC同质外延工艺生长的大容量生产反应器,它是在于每小时二十五微米,更好地,更快速地长外延材料,那么也是在生产领域对于生产厂家来说是一个好事,那么同时它这个结果在之间出的效果,尤其是在一千二百伏元器件体现出来。预计2018年这种全面的自动化技术的使用,会使得我们整个产业会有大量的一个客户量的增长。
碳化硅单晶生产技术方面的专家,山东大学的教授徐现刚教授现场分享了碳化硅单晶生产技术的现状和未来的发展。碳化硅之所以它好,有一个它本身的自身特性好,也就是它的物理特性,用中国的俗话来说根正苗红。六十年前已经发现了碳化硅是最佳的半导体材料,所以对于碳化硅来说它并不是一个新材料,六十年前我们从理论上预测非常好的材料,但是我们等了六十年碳化硅的时代才到来。这中间的艰辛一方面是硅材料的突飞猛进,硅材料的自备技术,另一方面碳化硅生产的难度也非常大,决定了它的应用受到了一些限制。
对碳化硅的要求,应用时候有经济方面的一些关键点,一个是它的成熟度,它材料的成熟度,主要表现在它的缺陷,并且它的位错比较感兴趣,这个也决定了碳化硅的器件可靠性。另一方面还有一个就是碳化硅材料由于生产的温度非常高,两千多度以上,难免会有一些问题。第二个它要做到我们的AGBT,高压的材料它还是非常有挑战性的需求。
所有的技术都有一个发展过程,尤其对于电网来说,它要求的高电压大电流,它的可靠性要求三十年甚至四十年。国家电网全球能源互联网研究院功率半导体研究所副总工程师杨霏介绍了碳化硅材料和电力器件在电网当中的应用。其中对电网整体对材料的要求,材料部分的需求和装备的国内国际进展进行了细致介绍。他表示,预期到2025年左右,十千伏十安的全控型的模块应当是可以达到应用水平,这样的话就是直流输电的话,灵活直流输电可能要突破五百千伏到八百千伏的水平,到2050年碳化硅三十千伏五千的应该可以达到应用水平,这样来说对电网的预期是整体上革命性的变化。
SIC属于“宽禁带”半导体,物理特性与硅有很大不同。单晶碳化硅(SIC)比单晶硅(SI)具有很多优越的物理特性,例如(1)大约10倍的电场强度;(2)大约高3倍的热导率;(3)大约宽3倍禁带宽度;(4)大约高一倍的饱和漂移速度.理论上SIC器件的工作温度在500℃或更高温度,而硅器件是无法实现的。碳化硅的导热率超过铜的导热率,器件产生的热量会快速传递,这无疑对器件的通流性能提高非常有利。
日本大阪大学助理教授CHEN Chuantong分享了SiC功率芯片贴片模组低应力连接技术报告。他表示,宽禁带材料已经被认为是一个非常理想的半导体材料,作为下一时代的代表材料,它有很多明确的优势,与硅相比宽禁带材料有着很多的优越的性能,包括它能够在更高的温度之下工作,有更高的功率密度等等,由于它的这个禁带宽度非常宽,可以在非常高电压的情况之下进行工作。最重要的就是可以在高达二百五十摄氏度的环境之下进行工作。并展示了材料能够达成更小的转换功率损耗和未来一些应用的方向。可以在这些不同的领域当中,包括家用电器、包括电动汽车、电机、风能、太阳能等产业当中都能够扮演非常重要的角色。
南京电子器件研究所黄润华博士分享了1.2kV 4H-SiC DMOSFET的设计与制造关键点。他表示,未来的工作主要还是针对一千两百伏到一千七百伏的企业,要实现一个产品化,目前提供可生产性基本满足产品要求,未来就是为了降低电阻,提升我们的可靠性,还要进行下一步的研究。再下一步要开发三千三百伏到一万伏,争取到五千伏的时候推出一些产品。
超凡数据与咨询事业部检索业务高级总监马志勇在做主题为“SiC国际知名企业专利布局策略与竞合动向”报告是表示,研发者首先要注重和用专利,注意你的核心技术你的专利,要用拳头保护咱们的产品。要用专利的挖掘与布局来保护我们的产品和研发。并且通过专利分析可以找到合作者,补全我们产业链的一环,增强实力。这些巨头是一个竞争,我们要关注它的专利,规避我们的风险,通过专利分析这些东西都是潜在可能的。(根据现场速记整理,如有出入敬请谅解!)