碳化硅量產(chǎn)給我國(guó)提供后發(fā)優(yōu)勢(shì)

北極星自動(dòng)化網(wǎng)訊:為了緩解能源危機(jī)，國(guó)家大力倡導(dǎo)綠色能源，發(fā)展光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電。在電能的產(chǎn)生、輸送和分配過程中，電力傳送效率和使用效率至關(guān)重要。當(dāng)前的電力傳輸功率器件主要是基于半導(dǎo)體硅材料，由于硅的物理性能已經(jīng)發(fā)掘殆盡，電力傳送效率和使用效率無法進(jìn)一步的提升。近日，泰科天潤(rùn)半導(dǎo)體科技(北京)有限公司實(shí)現(xiàn)了碳化硅功率器件的量產(chǎn)，打破了歐、美、日長(zhǎng)期以來的技術(shù)壟斷，邁開了我國(guó)碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的第一步。對(duì)此，記者采訪了泰科天潤(rùn)總經(jīng)理陳彤，進(jìn)一步了解碳化硅功率器件的性能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)需要克服哪些技術(shù)難題?碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)化對(duì)我國(guó)有哪些深遠(yuǎn)意義?

碳化硅材料將帶來革命性變化

記者：碳化硅是第三代半導(dǎo)體，與第一代第二代有什么區(qū)別?

陳彤：碳化硅是半導(dǎo)體界公認(rèn)的“一種未來的材料”，是新世紀(jì)有廣闊發(fā)展?jié)摿Φ男滦桶雽?dǎo)體材料。碳化硅屬于寬禁帶半導(dǎo)體，物理特性與硅有很大不同。單晶碳化硅比單晶硅具有很多優(yōu)越的物理特性，例如(1)大約10倍的電場(chǎng)強(qiáng)度;(2)大約高3倍的熱導(dǎo)率;(3)大約寬3倍禁帶寬度;(4)大約高一倍的飽和漂移速度。

比如：汽車?yán)锩嬗幸徽椎乃湎到y(tǒng)，裝置散熱片重達(dá)兩到四公斤，成本高體積大份量重，可控性又差。使用碳化硅材料可以直接抗高溫，用了碳化硅器件后散熱片可以直接拿掉，從幾公斤的系統(tǒng)散熱片變成零，這是一個(gè)革命性變化。

記者：碳化硅主要應(yīng)用在哪些方面，您能簡(jiǎn)單介紹一些嗎?

陳彤：碳化硅在高效功率器件方面有著廣泛的應(yīng)用，有望從本質(zhì)上提高電力傳送效率和使用效率。可以大幅減少能耗，減小電力設(shè)備體積和重量，降低各項(xiàng)設(shè)備系統(tǒng)的整體成本，提高系統(tǒng)的可靠性，廣泛用于電動(dòng)汽車、太陽能電池、智能電網(wǎng)、UPS電源、變頻空調(diào)等領(lǐng)域。

有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,碳化硅光伏逆變器比硅器件光伏逆變器效率高，在30KHz時(shí)能提高3%以上;采用碳化硅生產(chǎn)的功率模塊較硅模塊體積減少60%。電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速可節(jié)電20%以上。各種風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)的總耗電量約占全國(guó)發(fā)電量的36%，如采用變頻調(diào)速技術(shù)，每年可節(jié)電659億度，相當(dāng)于三個(gè)葛洲壩電站的發(fā)電量。據(jù)測(cè)算，如果全國(guó)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)都采用功率半導(dǎo)體進(jìn)行變頻調(diào)速，則全國(guó)總用電需求量將降低15%到20%。

國(guó)外等待中國(guó)市場(chǎng)的成熟中國(guó)需搶占時(shí)間差

記者：當(dāng)前全球的半導(dǎo)體碳化硅產(chǎn)業(yè)格局如何?中國(guó)有多大機(jī)會(huì)?

陳彤：從現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)格局來講，主要是三大板塊：歐洲、日本、美國(guó)，歐洲有一家企業(yè)，日本兩家，美國(guó)也是兩家。其中，美國(guó)是全球碳化硅老大，占的市場(chǎng)份額最大。英國(guó)的主導(dǎo)產(chǎn)品還是硅，其碳化硅還在積累中。日本的企業(yè)就比較特殊，他們喜歡做到終端產(chǎn)品，不會(huì)買中間某個(gè)配件。美國(guó)公司是碳化硅材料起家，設(shè)計(jì)不同的芯片，不同的方向，通過各種各樣的技術(shù)積累來推動(dòng)。

國(guó)外已經(jīng)都把路線走通了，在等著中國(guó)市場(chǎng)的成熟。

記者：如何搶占這個(gè)時(shí)間差?

陳彤：國(guó)外在發(fā)展，不會(huì)等我們。契機(jī)點(diǎn)正好在這個(gè)時(shí)候，由于現(xiàn)在國(guó)外經(jīng)濟(jì)大環(huán)境的影響，半導(dǎo)體并不在高峰期，而是處在低谷期。我們借助這個(gè)時(shí)間差，抓住國(guó)外喘息的時(shí)候，開始做這個(gè)項(xiàng)目。

在這方面，國(guó)外人力、設(shè)備、經(jīng)驗(yàn)，有長(zhǎng)期的積累，我們還是落后一點(diǎn)。為此，整個(gè)團(tuán)隊(duì)都是“5+2”、“白+黑”的投入。一年多時(shí)間里面，從立項(xiàng)到實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，我們干出了半導(dǎo)體企業(yè)“深圳速度”。拿出一系列的成績(jī)，可靠性得到了第三方的認(rèn)可，與用戶銜接起來，碳化硅二極管基本上與國(guó)外處在同一水平。

像其他晶體管開發(fā)上還與國(guó)外存在差距，落后幾年的時(shí)間。我們有信心繼續(xù)以深圳速度追趕，因?yàn)槠脚_(tái)和團(tuán)隊(duì)都穩(wěn)定了，可以開發(fā)出國(guó)內(nèi)用戶需要的定制產(chǎn)品。

量產(chǎn)需要把握設(shè)備、人才、管理三大要素

記者：在開拓階段遇到哪些難題?

陳彤：最大的難題就是，沒有人教我們，摸著石頭過河，不管研發(fā)結(jié)果是好是壞，都需要一定的時(shí)間周期，長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月甚至兩個(gè)月投入精力分析。

另外，建立這樣的團(tuán)隊(duì)也不容易，國(guó)內(nèi)沒有現(xiàn)有的人才，我們就從幾個(gè)方面集合優(yōu)勢(shì)，湊出了一個(gè)團(tuán)隊(duì)。我們只知道這個(gè)方向是對(duì)的，往前走會(huì)碰到什么，并不知道。用一個(gè)比喻來描述：趟著河過的時(shí)候，而且每走一步都會(huì)踢到石頭，咬著牙挺過來?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)摸到河對(duì)岸了。

記者：實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，需要做好哪些方面的工作?

陳彤：首先是設(shè)備，設(shè)備生產(chǎn)線是硬件層面的準(zhǔn)備。碳化硅的量產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、單片機(jī)設(shè)備完全不是一個(gè)概念。實(shí)驗(yàn)室是做技術(shù)樣品和指標(biāo)的，擁有的都是單片，放進(jìn)去調(diào)溫、測(cè)試，出來能過就行，沒有量產(chǎn)的考慮。此外，通用半導(dǎo)體設(shè)備沒有完全為碳化硅做定制的，針對(duì)碳化硅材料的特性，設(shè)備要改進(jìn)很多環(huán)節(jié)。

因此，產(chǎn)業(yè)化要上量，必須有投入;要想實(shí)現(xiàn)什么樣的量產(chǎn)設(shè)備就意味著什么樣的投入。從設(shè)備到做出量產(chǎn)的生產(chǎn)線，整個(gè)投入非常大，公司第一期投入1.2億元。

其次就是人才方面的準(zhǔn)備。我們有很多工藝，每一個(gè)工藝都需要高素質(zhì)、專業(yè)型人才。在碳化硅量產(chǎn)還是空白的情況下，人才也是空白，我們都用現(xiàn)在技術(shù)人員來適應(yīng)、學(xué)習(xí)碳化硅量產(chǎn)的工藝技術(shù)要求。

同樣，企業(yè)管理也非常重要。量產(chǎn)涉及到工藝控制，半導(dǎo)體各個(gè)環(huán)節(jié)都要做到非常精準(zhǔn)，才能做出穩(wěn)定且成品率高的產(chǎn)品，這需要很嚴(yán)格的管理，比如每一個(gè)人的態(tài)勢(shì)、操作手法等等都需要有非常嚴(yán)格的規(guī)范。工程師還要能夠?qū)μ蓟璧慕Y(jié)果進(jìn)行判斷，這種判斷都需要工藝上的積累和沉淀。因?yàn)橐恍┬…h(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)百分之正負(fù)一的差別，在終端顯示出來可能就是百分之正負(fù)十的差別。

記者：泰科天潤(rùn)這次量產(chǎn)產(chǎn)品包含哪些?生產(chǎn)能力如何?

陳彤：公司本次推出批量生產(chǎn)以碳化硅為材料的肖特基二極管，產(chǎn)品涵蓋600V-3300V等中高壓范圍，其中，600V/10A，1200V/20A等產(chǎn)品成品率達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，600V/50A，1200V/50A實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)突破，1700V/10A，3300V/5A兩個(gè)產(chǎn)品也已經(jīng)完成研發(fā)過程，一旦確認(rèn)具體應(yīng)用客戶，將加入到量產(chǎn)產(chǎn)品行列中。

目前碳化硅器件還處在量產(chǎn)基礎(chǔ)規(guī)模的打通環(huán)節(jié)，現(xiàn)在產(chǎn)品正在給客戶體驗(yàn)?，F(xiàn)在的生產(chǎn)能力是4000片，后續(xù)的話要向5000片努力。

在保障市場(chǎng)供應(yīng)方面，這又需要摸著石頭過河。今年的規(guī)劃主要有三個(gè)方面。一是繼續(xù)穩(wěn)定我們的工藝，不斷提高成品率，這個(gè)是競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)，這也是我們一個(gè)長(zhǎng)期的目標(biāo)。二是把客戶更緊密地聯(lián)系起來，服務(wù)好用戶，并推廣到消費(fèi)者手中。三是研發(fā)目標(biāo)。我們現(xiàn)在一方面是承擔(dān)了北京市科委的一個(gè)項(xiàng)目，另一方面我們也做晶體管下一步型號(hào)的開發(fā)，緊追國(guó)際的研發(fā)水平。

2014是碳化硅產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵年決定下一個(gè)30年

記者：量產(chǎn)對(duì)我國(guó)電子功率器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展有何深遠(yuǎn)意義?

陳彤：2014年，對(duì)整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)來講非常關(guān)鍵。我國(guó)的功率器件長(zhǎng)期處在落后的局面。目前碳化硅與國(guó)外處在相對(duì)同步發(fā)展的階段，如果我們這一步?jīng)]有跟上，接下來后面的30年可能重回硅功率器件的老路，長(zhǎng)期被國(guó)外企業(yè)高利潤(rùn)壟斷，這種壟斷使得對(duì)方的鐵在中國(guó)買出金子的價(jià)格。如果抓住這個(gè)機(jī)會(huì)，中國(guó)就有可能站在電子功率器件的高端領(lǐng)域，整個(gè)電子功率器件全球產(chǎn)業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)局面也會(huì)被改寫。

現(xiàn)在中國(guó)碳化硅量產(chǎn)，給我國(guó)一個(gè)后發(fā)優(yōu)勢(shì)的機(jī)會(huì)，能不能在做好硅的同時(shí)，也做好碳化硅產(chǎn)品，這就意味著我們能否在下一個(gè)30年掌握國(guó)際主動(dòng)權(quán)。