第三代半導(dǎo)體主要指以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，它具有寬禁帶、耐高壓、耐高溫、大電流、導(dǎo)熱好、高頻率等獨(dú)特性能和優(yōu)勢(shì)。第三代半導(dǎo)體目前主要應(yīng)用于電力電子器件、光電子器件、射頻電子器件領(lǐng)域，其對(duì)新能源、光伏、通信等產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)也起到了關(guān)鍵性作用。而其中，碳化硅是目前發(fā)展較為成熟的半導(dǎo)體材料，其工藝也逐漸精深并得到了廣泛的應(yīng)用。

近幾年在新能源汽車(chē)對(duì)碳化硅器件的大量使用趨勢(shì)下，碳化硅已投入更加規(guī)模化的生產(chǎn)及運(yùn)營(yíng)，這極大帶動(dòng)了整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。此外，由于現(xiàn)今碳化硅器件技術(shù)方面的相對(duì)成熟，也促使這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來(lái)機(jī)遇。近日，DeepTech 深科技采訪到上海瀚薪科技董事、運(yùn)營(yíng)總監(jiān)胡佑周博士。

胡佑周表示，上海瀚薪是一家致力于研發(fā)與生產(chǎn)第三代寬禁帶半導(dǎo)體功率器件及功率模塊的純內(nèi)資高科技企業(yè)，也是國(guó)內(nèi)唯一一家能大規(guī)模量產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅 MOS 管、二極管并規(guī)模出貨給全球知名客戶的本土公司。

“瀚薪團(tuán)隊(duì)本身從開(kāi)始做第三代半導(dǎo)體這方面的研發(fā)，到現(xiàn)在已經(jīng)有 10 年時(shí)間的積累。”胡佑周說(shuō)道。目前瀚薪在第三代半導(dǎo)體方面擁有的國(guó)內(nèi)外發(fā)明專(zhuān)利達(dá) 40 多項(xiàng)，其產(chǎn)品也早已經(jīng)在許多國(guó)內(nèi)外知名公司規(guī)模化使用，行業(yè)涉及廣泛，包括新能源車(chē)的 OBC/DC-DC/ 充電樁、光伏逆變器、通信電源、高端服務(wù)器電源、儲(chǔ)能、工業(yè)電源、高鐵、航天工業(yè)等。

瀚薪目前擁有碳化硅 MOSFET、整合型碳化硅 JMOSFET、肖特基二極管、全碳化硅模組四種產(chǎn)品技術(shù)應(yīng)用。其中，上海瀚薪的 650V 系列、1200V 系列和 1700V 系列碳化硅二極管和 MOS 管均已規(guī)模量產(chǎn)，且已全部通過(guò)車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證，按照歐洲新能源車(chē)企要求開(kāi)發(fā)的 3300V 系列也已量產(chǎn)，正在導(dǎo)入供應(yīng)鏈；同時(shí)，上海瀚薪采用自有 SiC MOS 管和二極管設(shè)計(jì)高功率密度模塊，已量產(chǎn)出貨 650V、1200V 的全碳化硅功率模塊。而在碳化硅 MOS 的單管電流這一重要參數(shù)上，瀚薪能夠根據(jù)客戶的需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)，比如 650V 系列，瀚薪目前可以做最大電流 107A，最低內(nèi)阻 20 毫歐；1200V 系列最大電流可達(dá)到 80A，最低內(nèi)阻 30 毫歐；1700V 系列最低內(nèi)阻 45 毫歐，3300V 系列則 80 毫歐等產(chǎn)品。

伴隨著多年以來(lái)在碳化硅領(lǐng)域的深入挖掘和探索，瀚薪如今已擁有具有自主研發(fā)及專(zhuān)利的器件設(shè)計(jì)和工藝研發(fā)的能力，且突破了國(guó)外大廠在碳化硅技術(shù)上的壟斷。

獨(dú)創(chuàng)——整合型碳化硅 JMOSFET 結(jié)構(gòu)技術(shù)

上海瀚薪擁有著自主設(shè)計(jì)的、世界唯一量產(chǎn)的 SiC JMOS 產(chǎn)品。JMOSFET(JBS integrated SiC MOSFET; SiC JMOSFET)的產(chǎn)品實(shí)際上做了一個(gè)整合，它實(shí)現(xiàn)了碳化硅的 DMOSFET 和 JBS（肖特基二極管）在一個(gè)芯片內(nèi)的集成，也就是能夠在單芯片就具有逆變器的集成功能。而在目前電力電子應(yīng)用中對(duì)高功率密度規(guī)格、高效率的需求，以及高速切換操作的應(yīng)用趨勢(shì)下，具備集成設(shè)計(jì)的整合型碳化硅 JMOSFET 可有效控制芯片面積與電容特性，而相較于一般碳化硅DMOSFET器件而言，JMOSFET 將更有助于提升應(yīng)用系統(tǒng)效率與增加功率密度。此外，透過(guò)整合的肖特基二極管對(duì)壓降(Voltage Drop; VSD)特性將帶來(lái)顯著改善，會(huì)對(duì)電力電子應(yīng)用帶來(lái)更具有可靠性的保證。

而且，JMOSFET 的性能優(yōu)勢(shì)不止于此。“我們可以做到單芯片來(lái)實(shí)現(xiàn) DMOSFET 跟肖特基二極管的集成，JMOSFET 做反向續(xù)流的時(shí)候就非常有用，它不需要做并聯(lián)的,也就是在一個(gè)芯片上就能實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型逆變器的功能，因?yàn)樗旧硇枰谄骷O(shè)計(jì)以及器件工藝上做出相當(dāng)多的改變，才有可能實(shí)現(xiàn)。國(guó)外很多公司想實(shí)現(xiàn)這種產(chǎn)品，但是一直都無(wú)法量產(chǎn)。目前全球只有我們可以量產(chǎn)。”胡佑周說(shuō)道。

圖 | 碳化硅 SIC MOSFET 產(chǎn)品

第三代半導(dǎo)體行業(yè)“拐點(diǎn)”已至：新能源汽車(chē)帶動(dòng) SIC 規(guī)模化投入生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，并得到廣泛應(yīng)用

數(shù)十年來(lái)，科學(xué)界及各方都對(duì)碳化硅進(jìn)行了深入的探索和研究，但其在應(yīng)用方面一直未達(dá)到大規(guī)模使用，其原因首先在于碳化硅的工藝，包括器件設(shè)計(jì)和器件應(yīng)用尚未成熟。此外還有一個(gè)十分重要的原因，則是其技術(shù)成本過(guò)高。而碳化硅此次迎來(lái)的“拐點(diǎn)”，則與新能源汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展與降低技術(shù)成本緊密相關(guān)。

新能源汽車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)中涉及到功率半導(dǎo)體應(yīng)用的組件包括三大部分：電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、車(chē)載充電器（OBC）/非車(chē)載充電樁、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車(chē)載 DC/DC）。而碳化硅（SiC）材料在高壓、高溫、高效率、高頻率、抗輻射等應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)異的特性，其器件在新能源汽車(chē)的應(yīng)用中具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，也大大提高了現(xiàn)有能源的轉(zhuǎn)換效率。

而在電驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，SiC器件的優(yōu)勢(shì)則主要在控制器效率提升、功率密度提升以及開(kāi)關(guān)頻率的提升, 降低開(kāi)關(guān)損耗，簡(jiǎn)化電路的熱處理系統(tǒng)，以降低成本、重量、大小及功率逆變器的復(fù)雜性。

近幾年在特斯拉等企業(yè)的帶動(dòng)下，新能源汽車(chē)大量增加對(duì)碳化硅器件的應(yīng)用，帶動(dòng)了整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使碳化硅得以投入規(guī)模化的生產(chǎn)及運(yùn)營(yíng)，從而也有機(jī)會(huì)將成本大大降低。與此同時(shí)，現(xiàn)今碳化硅的整個(gè)器件技術(shù)方面已經(jīng)相對(duì)成熟，這一產(chǎn)業(yè)極有可能將迎來(lái)蓬勃發(fā)展的時(shí)期。

“現(xiàn)在不管是新能源車(chē)、光伏產(chǎn)業(yè)，服務(wù)器還是其他工業(yè)電源等等，都在大規(guī)模地使用碳化硅這個(gè)產(chǎn)品，而對(duì)于碳化硅而言，它的拐點(diǎn)已經(jīng)到來(lái)了，市場(chǎng)也會(huì)對(duì)它越來(lái)越認(rèn)可，所以我們相信第三代半導(dǎo)體碳化硅會(huì)迅速地發(fā)展，未來(lái)幾年它在功率器件里的應(yīng)用比例會(huì)得到迅速提升。”胡佑周表示道。

第三代半導(dǎo)體研發(fā)目標(biāo)及發(fā)展前景

對(duì)于未來(lái)上海瀚薪科技的發(fā)展前景，胡佑周表示，“就瀚薪而言，我們會(huì)在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)專(zhuān)注于碳化硅的器件及工藝制作，以及模組的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。未來(lái)我們會(huì)同產(chǎn)業(yè)鏈同仁一起并肩發(fā)展，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。”

第三代半導(dǎo)體的發(fā)展對(duì)中國(guó)而言也是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，其中碳化硅也是電力電子核心的材料器件之一。在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的深入探索和技術(shù)應(yīng)用，對(duì)于國(guó)家而言，也會(huì)為未來(lái)的降低成本、增強(qiáng)自主可控等方面創(chuàng)造更大的空間和潛能。

原文標(biāo)題：第三代半導(dǎo)體行業(yè)“拐點(diǎn)”已至，上海瀚薪獨(dú)創(chuàng)整合型碳化硅JMOSFET結(jié)構(gòu)技術(shù) | 專(zhuān)訪

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