Soitec 看到了采用 SmartSiC 晶圓的電動(dòng)汽車(chē)中的巨大機(jī)遇

道路運(yùn)輸?shù)碾姎饣瘜?duì)于實(shí)現(xiàn)歐盟的脫碳和氣候變化目標(biāo)至關(guān)重要。對(duì)碳化硅襯底的需求經(jīng)歷了巨大的增長(zhǎng)，法國(guó)絕緣體上硅 (SOI) 晶圓供應(yīng)商 Soitec 開(kāi)發(fā)了 SmartSiC 技術(shù)，以加速 SiC 在電動(dòng)汽車(chē)中的采用。

碳化硅是一種寬帶隙半導(dǎo)體，一直是電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)加速器，可提高電子系統(tǒng)的功率密度，同時(shí)減小汽車(chē)的整體尺寸、重量和成本。Soitec 預(yù)計(jì)，到 2030 年，超過(guò) 40% 的新車(chē)將是電動(dòng)汽車(chē)，預(yù)計(jì)到 2026 年，SiC 將占其收入的 10%。

為了實(shí)現(xiàn)這一雄心勃勃的目標(biāo)，Soitec 先后收購(gòu)了位于格勒諾布爾的 Novasic，并啟動(dòng)了其Bernin 4 工廠的建設(shè)，以量產(chǎn) SmartSiC SiC 基板。

Soitec 的 SmartSiC 從位于格勒諾布爾的 CEA-Leti 的基板創(chuàng)新中心的試驗(yàn)線中脫穎而出。SmartSiC 是 Soitec 專(zhuān)有的 SmartCut 工藝對(duì) SiC 的改編，通過(guò)將非常薄的高質(zhì)量 SiC 層粘合到電阻率非常低的多晶硅晶片上來(lái)實(shí)現(xiàn)。Soitec 聲稱(chēng)，與傳統(tǒng)的塊狀 SiC 相比，SmartSiC 襯底將通過(guò)更高的供體晶圓可重復(fù)使用性、更高的產(chǎn)量和更小的芯片尺寸實(shí)現(xiàn)更高水平的性能和能源效率。

在擔(dān)任 CEA-Leti 負(fù)責(zé)人大約四年后，Emmanuel Sabonnadière 于 2021 年加入 Soitec，擔(dān)任 SiC 項(xiàng)目副總裁，以推動(dòng) SmartCut SiC 技術(shù)開(kāi)發(fā)并占領(lǐng)新市場(chǎng)。讓Sabonnadière 為我們解釋了 Soitec 的戰(zhàn)略執(zhí)行如何支持向零排放移動(dòng)性的過(guò)渡，以及其 SmartSiC 技術(shù)如何提高電力電子設(shè)備的性能并提高 EV 能源效率。

2021 年 7 月，歐盟委員會(huì)公布了一系列提案，旨在到 2030 年將溫室氣體凈排放量比 1990 年的水平至少減少 55%。作為歐盟綠色協(xié)議的一部分，歐盟的“適合 55”一攬子計(jì)劃要求作為到 2050 年實(shí)現(xiàn)氣候中和計(jì)劃的一部分，禁止銷(xiāo)售新的化石燃料汽車(chē)。Soitec 如何看待歐洲綠色協(xié)議和適合 55 的政策包?

歐洲綠色協(xié)議對(duì)地球來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常好的消息，也是朝著 4 億人的低碳出行邁出的巨大一步。在 Soitec，可持續(xù)發(fā)展是我們戰(zhàn)略的基石，在我們的企業(yè)責(zé)任政策中闡明，并指導(dǎo)我們員工的每一項(xiàng)行動(dòng)[當(dāng)他們創(chuàng)造] 基板，以協(xié)調(diào)電子產(chǎn)品的性能和能源效率。沒(méi)有嚴(yán)肅而切實(shí)的綠色目標(biāo)，任何項(xiàng)目都不會(huì)啟動(dòng)。

Soitec 打算如何支持這項(xiàng)工作?

我們的產(chǎn)品是數(shù)百萬(wàn)人日常生活中不可或缺的一部分。它們對(duì)于采用 5G、電動(dòng)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)以及嵌入連接對(duì)象的人工智能等創(chuàng)新技術(shù)至關(guān)重要。[這些技術(shù)是可能的] 只有在內(nèi)部提高能源效率。

2020 年，我們對(duì)通過(guò)使用我們的三種產(chǎn)品(FD-SOI、RF-SOI 和 Photonics-SOI)與前幾代產(chǎn)品或競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品相比避免的溫室氣體排放進(jìn)行了研究。我們發(fā)現(xiàn)避免的排放總量為 1,030 ktCO 2 eq [千噸 CO 2當(dāng)量]。節(jié)省的能源達(dá) 1,738 GWh，相當(dāng)于一個(gè)擁有 100 萬(wàn)居民的城市每年的國(guó)內(nèi)能源消耗量——比馬賽或舊金山的人口還要多。

隨著電池和電源管理技術(shù)的成熟以及電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)展，電動(dòng)汽車(chē)正在走向世界各地。這些進(jìn)步包括新的無(wú)線充電框架，解決了人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)性能，尤其是續(xù)航里程的持續(xù)擔(dān)憂。您從汽車(chē)行業(yè)的客戶(hù)那里聽(tīng)到了什么?

根據(jù)地球的目標(biāo)，市場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的采用正在急劇加速。更長(zhǎng)的行駛里程能力和快速充電需求正在推動(dòng) 800-V 電池系統(tǒng) [作為 EV 動(dòng)力總成的新標(biāo)準(zhǔn)] 的發(fā)展。SiC 是實(shí)現(xiàn) 800 V 高效性能的主要技術(shù)。電動(dòng)汽車(chē)中的 SiC 于 2018 年由特斯拉以 400 V 電池發(fā)起，現(xiàn)在主要用于電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成的電力電子設(shè)備中。

車(chē)載電力電子設(shè)備的功率密度正在增加，導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)中優(yōu)化、更緊湊的系統(tǒng)(牽引逆變器、車(chē)載充電器等)。此外，在電動(dòng)汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用中使用 SiC 可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與嵌入式電力電子設(shè)備的緊密集成。

因此，客戶(hù)要求在晶圓級(jí)進(jìn)行創(chuàng)新，以便在設(shè)備和系統(tǒng)級(jí)為電動(dòng)汽車(chē)和工業(yè)市場(chǎng)創(chuàng)造更多價(jià)值。

Soitec 如何幫助他們克服技術(shù)挑戰(zhàn)并滿(mǎn)足他們的優(yōu)先事項(xiàng)?

為了應(yīng)對(duì)因電動(dòng)汽車(chē)的普及而對(duì) SiC 襯底的旺盛需求，預(yù)計(jì)會(huì)有更多的高質(zhì)量 SiC 襯底。SmartCut SiC 技術(shù)可從一個(gè)單晶 SiC 襯底實(shí)現(xiàn) 10 倍以上的高質(zhì)量 SiC 襯底。這得益于我們的專(zhuān)利 SmartCut 技術(shù)，Soitec 使用了 30 年，現(xiàn)在專(zhuān)門(mén)用于 SiC。除了 10 倍的重復(fù)使用外，SmartCut SiC 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)還在于表面質(zhì)量高(顆粒水平降低)，這要?dú)w功于與先進(jìn)缺陷計(jì)量相關(guān)的最終表面的特定工程工藝。這些改進(jìn)降低了誘導(dǎo)的外延生長(zhǎng)缺陷密度，使尺寸超過(guò) 20 mm2 的器件的良率提高了 10% 以上。

此外，得益于 SmartCut，PolySiC 處理晶圓上粘合了一層薄薄的單晶 SiC，其設(shè)計(jì)具有超高導(dǎo)電性。這些電氣特性使 SmartSiC 適用于較低 RDS(on) 的器件。這些下一代設(shè)備是更優(yōu)化和更具成本效益的系統(tǒng)的基石。

總而言之，SmartSiC 將有助于提高系統(tǒng)級(jí)的功率密度，并加速采用新一代 200 毫米 SiC 晶圓，這要?dú)w功于 10 倍的重復(fù)使用。

在最近的一次新聞發(fā)布會(huì)上，Soitec 時(shí)任首席執(zhí)行官 Paul Boudre 表示：“沒(méi)有 Soitec 技術(shù)就沒(méi)有智能手機(jī)。沒(méi)有 Soitec 技術(shù)就沒(méi)有 4G 或 5G。我們將在汽車(chē)行業(yè)做同樣的事情。到 2030 年，沒(méi)有 Soitec 技術(shù)就沒(méi)有電動(dòng)汽車(chē)?！?Soitec 計(jì)劃如何在 2030 年之前實(shí)現(xiàn)如此雄心勃勃的目標(biāo)?

Soitec 希望安裝 SmartSiC 作為 150 和 200 毫米 SiC 晶圓的市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)。從 2018 年在格勒諾布爾的 CEA-Leti 創(chuàng)新基板中心開(kāi)始，SmartSiC 的早期研發(fā)進(jìn)展說(shuō)服了 Soitec 投資新的制造工廠。[該設(shè)施] 于 2022 年 3 月 31 日啟動(dòng)，[并將] 準(zhǔn)備在 2023 年年中投入生產(chǎn)。憑借每年 50 萬(wàn)片晶圓的產(chǎn)能，Soitec 希望在 26 財(cái)年或 2025 年實(shí)現(xiàn)超過(guò) 20 億美元的預(yù)期收入的高個(gè)位數(shù)百分比。

智能手機(jī)市場(chǎng)和汽車(chē)市場(chǎng)沒(méi)有可比性。Boudre 所說(shuō)的“我們將做完全相同的事情”是什么意思?

我們的戰(zhàn)略是在我們所有的直接客戶(hù)之外建立合作，[延伸] 沿著汽車(chē)供應(yīng)鏈，包括設(shè)計(jì)公司、一級(jí)供應(yīng)商和汽車(chē) OEM。這使 Soitec 能夠深入而全面地了解當(dāng)前和未來(lái)的挑戰(zhàn)。通過(guò)這一戰(zhàn)略，我們正在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能夠?yàn)檎麄€(gè)價(jià)值鏈帶來(lái)附加值的產(chǎn)品。

公司的路線圖是什么?

SmartSiC的下一個(gè)關(guān)鍵里程碑將是引入新一代襯底，通過(guò)有望減少?gòu)?PVT [物理氣相法] 獲得的標(biāo)準(zhǔn)單晶晶片的缺陷動(dòng)物學(xué)，從而進(jìn)一步提高器件制造良率和可靠性。運(yùn)輸]過(guò)程。

碳化硅正在影響整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)，并將與另一種寬帶隙材料氮化鎵一起成為電子產(chǎn)品的核心。是什么讓 Soitec 的 SmartSiC 工程基板對(duì) EV 具有吸引力?

與其他功率半導(dǎo)體相比，SmartSiC 制造和使用的碳足跡非常輕。盡管 SiC 在功率器件方面具有許多不可否認(rèn)的優(yōu)勢(shì)，因此與基于 IGBT 的解決方案相比，它被強(qiáng)烈推薦且對(duì)環(huán)境更有利，但通過(guò)傳統(tǒng)的物理蒸汽傳輸技術(shù)生產(chǎn)晶錠是高度能源密集型的。這需要兩個(gè)多星期，在通常 2,300°C 到 2,400°C 的溫度下——遠(yuǎn)高于在 1,400°C 到 1,500°C 下生長(zhǎng)的硅——最多可以獲得 40 到 50 個(gè)晶圓。

Soitec 的專(zhuān)有 SmartSiC 由單晶 SiC 供體晶片的非常薄的層制成，該晶片被轉(zhuǎn)移并粘合到由多晶 SiC 制成的高導(dǎo)電載體晶片上。這種載體采用更高效、能耗更低的化學(xué)氣相沉積工藝制造。通過(guò)這種方法，在考慮電力電子設(shè)備生命周期(從原材料到最終組件使用)對(duì)環(huán)境的影響時(shí)，SmartSiC 確實(shí)發(fā)揮了重要作用。與同等產(chǎn)量的標(biāo)準(zhǔn)單晶 SiC 晶圓相比，SmartSiC 每生產(chǎn) 10 萬(wàn)片晶圓可節(jié)省 4,000 噸 CO 2 。

SmartSiC 技術(shù)可將 150-mm 基板向 200-mm 基板的過(guò)渡加速兩到三年，同時(shí)減緩產(chǎn)量的增加并確保芯片生產(chǎn)的可用性。

通過(guò)與歐洲主要工業(yè)和研究與技術(shù)合作伙伴的合作，我們?cè)?SmartSiC 基板上展示了結(jié)勢(shì)壘肖特基 [JBS] 二極管，使用電阻率低于 5 mΩ 的載體基板。對(duì)這些器件的電氣測(cè)量顯示，與在參考標(biāo)準(zhǔn) SiC 晶片上制備的 JBS 二極管相比，電流增加了 20%。這一重要優(yōu)勢(shì)將幫助電力電子設(shè)備的設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建具有更高額定電流的產(chǎn)品，同時(shí)保留他們現(xiàn)有的設(shè)計(jì)和技術(shù)，或者他們可以將總芯片面積縮小 15% 以上。除了降低芯片成本外，后一種設(shè)計(jì)策略還可以減少 10% 的開(kāi)關(guān)損耗，這要?dú)w功于柵極表面的減少。

客戶(hù)的反饋也與模型一致，并證實(shí)了二極管和 MOSFET 的預(yù)期優(yōu)勢(shì)。

Soitec 最近擴(kuò)大了與 KLA Corp 的合作伙伴關(guān)系。初步結(jié)果和未來(lái)預(yù)期是什么?

SiC 材料在大部分光譜中表現(xiàn)出非常低的吸收系數(shù)。為了克服與可見(jiàn)光和紫外光譜范圍內(nèi)的低 4H-SiC k 系數(shù)相關(guān)的技術(shù)障礙，基于 DUV 波長(zhǎng)激光的檢測(cè)系統(tǒng)——KLA 的 Surfscan SP A2——將用于檢測(cè)表面缺陷。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示 SmartSiC 基板上的檢測(cè)能力低于 0.3 μm。詳細(xì)數(shù)據(jù)將在 ICSCRM 2022 [碳化硅及相關(guān)材料國(guó)際會(huì)議，9 月 11 日至 16 日在瑞士達(dá)沃斯舉行]期間公布。

KLA 的 Surfscan SP A2 利用 DUV 光學(xué)和高級(jí)算法來(lái)支持基板質(zhì)量控制。這種合作伙伴關(guān)系將使 SiC 襯底生產(chǎn)達(dá)到新的甚至更復(fù)雜的水平，支持行業(yè)努力將高質(zhì)量的 SiC 半導(dǎo)體大批量帶入汽車(chē)市場(chǎng)。