半導(dǎo)體行業(yè)如何助力“綠色低碳”目標(biāo)？

——專訪意法半導(dǎo)體可持續(xù)發(fā)展主管

碳達峰、碳中和已經(jīng)成為全球關(guān)注的話題。國務(wù)院日前發(fā)布的《擴大內(nèi)需戰(zhàn)略規(guī)劃綱要（2022－2035年）》多處提到要“大力倡導(dǎo)綠色低碳消費，推進制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展”。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展是打造綠色低碳社會的重要動力。同時，半導(dǎo)體行業(yè)自身也在積極實現(xiàn)綠色化與低碳化，是碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的積極踐行者。

我們邀請到意法半導(dǎo)體副總裁、企業(yè)可持續(xù)發(fā)展主管Jean-Louis CHAMPSEIX來談?wù)劙雽?dǎo)體行業(yè)如何為國家的“綠色低碳”目標(biāo)作出貢獻。

意法半導(dǎo)體公司副總裁、可持續(xù)發(fā)展主管Jean-Louis CHAMPSEIX

1.集成電路技術(shù)（如5G、邊緣計算、功率半導(dǎo)體等）在哪些方面可以助力社會經(jīng)濟的綠色化、低碳化發(fā)展？公司在低碳綠色發(fā)展中的重點是什么？

Jean-Louis CHAMPSEIX： ST研發(fā)產(chǎn)品的目的是創(chuàng)造一個可持續(xù)發(fā)展的世界，采用可持續(xù)發(fā)展的方式開展研發(fā)活動。我們認(rèn)為，在幫助世界解決環(huán)境社會挑戰(zhàn)中，技術(shù)可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。因此，我們看好“負(fù)責(zé)任產(chǎn)品”的開發(fā)前景，因為，這些產(chǎn)品可以提高人們的生活品質(zhì)或用戶體驗，同時最大限度地降低環(huán)境影響。

早在上個世紀(jì)九十年代初，意法半導(dǎo)體就將可持續(xù)發(fā)展定為公司發(fā)展的指導(dǎo)原則。今天，可持續(xù)發(fā)展已融入公司業(yè)務(wù)的方方面，我們能夠拿出創(chuàng)新的解決方案，幫助世界解決社會環(huán)境難題和挑戰(zhàn)。例如，2011 年我們啟動了“可持續(xù)技術(shù)”計劃，在全球范圍內(nèi)落實新產(chǎn)品開發(fā)必須考慮可持續(xù)性的設(shè)計原則。這個計劃為公司、客戶和整個社會創(chuàng)造了價值?？沙掷m(xù)技術(shù)計劃是我們獨有的半導(dǎo)體產(chǎn)品生命周期評估(LCA)方法，詳見ST宣傳冊鏈接1。這個評估方法已融入我們的產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)過程，貫穿產(chǎn)品的整個生命周期。例如，LCA從溫室氣體(GHG)排放、用水量和水體富營養(yǎng)化幾個方面評估產(chǎn)品。

一般而言，轉(zhuǎn)換效率較高即能耗較少的功率器件對于經(jīng)濟向低碳轉(zhuǎn)型是一個巨大助力，我們可以在混動汽車、電動汽車、基礎(chǔ)設(shè)施，以及所有使用功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域中看到這種影響。以射頻信號傳輸為例，功耗越低，能效越高。功率轉(zhuǎn)換效率對于太陽能和電池供電等新能源應(yīng)用的推廣應(yīng)用至關(guān)重要。

5G和其他低延遲、高吞吐量通信系統(tǒng)支持遠程會議/活動，因此，可以減少乘坐汽車、飛機等交通工具出行。

意法半導(dǎo)體多年來一直專注電動汽車、電源&能源，以及物聯(lián)網(wǎng)&連接，這些產(chǎn)品技術(shù)有助于智能城市、智能建筑和智能工業(yè)發(fā)展。我們的努力包括賦能可再生能源和智能電網(wǎng)應(yīng)用，并更好地利用可再生能源和智能電網(wǎng)。這些是我們的主要增長點，讓我們能夠在整個市場周期中保持業(yè)績穩(wěn)定增長。

2.寬禁帶半導(dǎo)體通常被認(rèn)為具有節(jié)能省電的優(yōu)勢。在社會整體倡導(dǎo)低碳綠色發(fā)展下，對其前景如何預(yù)期？公司是否有投入寬禁帶半導(dǎo)體的計劃？

Jean-Louis CHAMPSEIX：意法半導(dǎo)體提供各種功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，包括高性能的硅器件和最新的寬禁帶技術(shù)，以滿足可再生能源應(yīng)用對高能效的要求。我們產(chǎn)品組合的核心是用碳化硅代替硅，利用新型寬禁帶半導(dǎo)體的創(chuàng)新特性。這些半導(dǎo)體器件可以實現(xiàn)以前硅半導(dǎo)體無法達到的能效。 事實上，25 年來，意法半導(dǎo)體一直走在SiC 技術(shù)發(fā)展的前沿。與以前的硅基技術(shù)相比，意法半導(dǎo)體的寬禁帶器件可以將開關(guān)損耗減半，最大限度地減少能源浪費。損耗降低等于熱量減少，散熱器變小，甚至不用散熱器。因此，碳化硅還降低了最終產(chǎn)品的尺寸和重量，從而使安裝成本降低約 50%。

與硅基功率器件相比，具有開創(chuàng)性的寬禁帶半導(dǎo)體開關(guān)速度更快，可以取得更高的轉(zhuǎn)換能效，處理比更大的電流和電壓。因此，在太陽能電池板中，寬禁帶器件支持更多的太陽能電池和更高的功率，提高太陽能板的成本優(yōu)勢。以前，太陽能電池板的控制器與其余組件是分開安裝的，現(xiàn)在可以都安裝電池板內(nèi)。這樣提高了可靠性和能效，同時也降低了價格。

隨著低碳行動不斷展開，市場對可再生能源及其配套基礎(chǔ)設(shè)施的需求日益提高。在這一持續(xù)的轉(zhuǎn)型中，半導(dǎo)體行業(yè)正在證明半導(dǎo)體對新興清潔能源經(jīng)濟發(fā)展的重要性，正在激發(fā)開發(fā)者的創(chuàng)新力，開發(fā)安全、可擴展、可靠的能源解決方案。

經(jīng)過幾年的碳化硅技術(shù)研發(fā)，意法半導(dǎo)體在2004年推出了首個SiC二極管，2009 年推出SiC MOSFET晶體管，并于 2014 年開始量產(chǎn)。今天，意法半導(dǎo)體以中高壓SiC功率產(chǎn)品豐富聞名業(yè)界。意法半導(dǎo)體積極擴大產(chǎn)能，開發(fā)完整、可靠、穩(wěn)健的SiC供應(yīng)鏈，滿足不斷增長的市場需求，并通過延長產(chǎn)品壽命計劃確保產(chǎn)品供應(yīng)連續(xù)性。

意法半導(dǎo)體按照最高標(biāo)準(zhǔn)制造SiC產(chǎn)品，以提升電動汽車(EV)、太陽能逆變器、儲能、工業(yè)電機和電源的可靠性能和能效。我們的技術(shù)超越了工業(yè)和汽車應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并有望進軍要求更高的空航天應(yīng)用。

通過在碳化硅技術(shù)領(lǐng)域深耕多年，我們能夠為工業(yè)和汽車應(yīng)用提供行業(yè)領(lǐng)先的碳化硅 MOSFET和碳化硅二極管。額定電壓達到650V或1200V，具體取決于型號，這些器件將高壓電力定位目標(biāo)應(yīng)用，可承受當(dāng)今市場上最高的200oC結(jié)溫。然而，開發(fā)這些改變行業(yè)的元器件遠非一帆風(fēng)順。

碳化硅的禁帶是硅的兩倍甚至三倍，因為電子需要三倍的能量才能到達禁帶，這意味著SiC器件可以承受更高的電壓和電場。因此，與硅基解決方案相比，SiC器件的擊穿電壓要高得多，而導(dǎo)通電阻要低得多。

SiC可以降低電動汽車電驅(qū)逆變器的整體尺寸。除了尺寸更小外，碳化硅MOSFET還集成了一個非?？斓睦m(xù)流二極管。而硅IGBT的尺寸更大，還需要在PCB上安裝一個外部二極管。總體而言，SiC 可使電驅(qū)逆變器的尺寸減小約 70%，這會引發(fā)像滾雪球一樣的連鎖反應(yīng)，功率半導(dǎo)體縮小80%，冷卻系統(tǒng)和無源元件也隨之縮小 80%。

SiC 還減小了電動汽車的車載充電器和電池管理解決方案的尺寸。緊湊的SiC可以集成到 DC-DC轉(zhuǎn)換器和配電單元內(nèi)。這種卓越的四合一解決方案如今已出現(xiàn)在商用電動汽車上，將會在經(jīng)濟型電動汽車上普及。總體上，SiC的耗散功率比硅技術(shù)低75%。

簡而言之，碳化硅在汽車應(yīng)用中具有許多優(yōu)勢：減輕車重、增加續(xù)航里程（使用碳化硅后續(xù)航>600 公里）；因為碳化硅充電站把功率處理能力提高一倍(SiC快充：350 Kw)，所以，可以縮短充電時間(從16分鐘減少到7分鐘)。

3.當(dāng)前，集成電路產(chǎn)業(yè)進入下行周期。國家推進低碳綠色化發(fā)展，是否有助于拉動集成電路產(chǎn)業(yè)走出低谷？

Jean-Louis CHAMPSEIX：肯定有幫助。中國的綠色化發(fā)展與意法半導(dǎo)體幫助芯片廠商提供低碳解決方案的努力產(chǎn)生了共鳴。其中，通過賦能汽車電動化及相關(guān)的配套基礎(chǔ)設(shè)施，意法半導(dǎo)體幫助世界從傳統(tǒng)燃油車向更智能、更環(huán)保的出行解決方案轉(zhuǎn)變。意法半導(dǎo)體的汽車電動化解決方案使車企能夠制造出更好、更經(jīng)濟的電動汽車，使駕駛者能夠減少空氣污染，減緩全球氣候變化。

支持低碳的第二個關(guān)鍵動因與能源尤其是可再生能源有關(guān)。我們助力世界向更綠色的能源轉(zhuǎn)型，利用碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)開發(fā)大功率、高能效的功率器件，降低太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機和智能電網(wǎng)中的能量轉(zhuǎn)換損耗。

最后，在中國，空氣質(zhì)量和能源管理也是的一個重要課題。我們的產(chǎn)品可以監(jiān)測、優(yōu)化和凈化汽車和工業(yè)發(fā)動機的氣體排放，測量城市空氣污染，以及凈化家庭空氣。我們還在家庭、城市和工業(yè)能源領(lǐng)域提供各種能耗監(jiān)控產(chǎn)品。

4. 近年來，越來越多集成電路公司積極踐行綠色發(fā)展，如在芯片制造過程實現(xiàn)綠色與節(jié)能、企業(yè)數(shù)據(jù)中心的低能耗等。集成電路產(chǎn)業(yè)在綠色低碳發(fā)展中有多大的潛力可以挖掘？公司在這方面有哪些發(fā)展計劃？

Jean-Louis CHAMPSEIX：整個半導(dǎo)體行業(yè)長期以來一直致力于盡可能減少經(jīng)營活動特別是制造過程造成的環(huán)境影響。半導(dǎo)體行業(yè)減碳行動主要涉及兩個方面：使用全氟化氣體(PFC)造成的直接排放和消耗能源(主要是電力)引起的間接排放(溫室氣體協(xié)議范圍 2)。 在這兩個領(lǐng)域，意法半導(dǎo)體長期以來一直走在行業(yè)的前面。自1994 年以來，我們一直在積極應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。具體來說，我們在所有前工序工廠安裝了廢氣減排系統(tǒng)，通過技術(shù)手段盡可能減少 PFC 排放。意法半導(dǎo)體的努力得到了業(yè)界同行的認(rèn)可，在世界半導(dǎo)體理事會主持PFC 減排工作組的工作已經(jīng)超過15 年。

我們還為半導(dǎo)體行業(yè)使用再生電力鋪平了道路，逐年提高綠色電力的使用比例。2022年，我們的用電量中有 62% 來自可再生能源。我們承諾到 2027 年實現(xiàn)碳中和，并且作為碳中和承諾的一個要素，有望在2025年實現(xiàn)電力需求中可再生能源占比80%，2027 年100%。

我們認(rèn)為，我們?nèi)啃袆佑媱澘梢韵锌赡艿呐欧?，并將使用其他方式抵消其余的排放。意?a href="/tags/半導(dǎo)體" target="_blank">半導(dǎo)體將在2027年實現(xiàn)碳中和，以證實我們是可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)者的訴求。