隨著硅材料的負載量逐漸接近極限,，以硅為基片的半導體器件性能和能力極限已無可突破的空間,。人們遂將目光投向以碳化硅（SiC）為代表的第三代寬帶隙半導體材料。其中，SiC作為目前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導體材料最受重視,，被業(yè)內(nèi)公認為最具發(fā)展前景的“一種未來的材料”，預計在今后5~10年將會取得快速發(fā)展并有顯著成果出現(xiàn),。目前世界各國都在SiC領(lǐng)域投入重資,，意圖能夠在硅基半導體以外保持自己國家在IC產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先地位。
作為SiC功率元器件的領(lǐng)先企業(yè),，羅姆日前在北京召開媒體會,，羅姆半導體(北京)有限公司技術(shù)中心所長水原德健先生詳細介紹了SiC的市場動向和羅姆的產(chǎn)品戰(zhàn)略。
羅姆半導體（北京）有限公司技術(shù)中心 所長 水原德健
SiC功率元器件的性能優(yōu)勢
SiC是以1：1的比例,，用硅和碳生成的化合物半導體材料,。在生產(chǎn)流程中，專門的SiC晶片在工廠中開發(fā)和加工,，從而形成基于SiC的功率半導體,。基于SiC的功率半導體和其競爭技術(shù)是專用晶體管,，可在高電壓下切換電流,。
水原德健先生針對半導體功率元器件中最主要的三種材料--Si、SiC和GaN,，從物理特性上做了一一對比,。與傳統(tǒng)的硅基功率半導體器件相比，SiC功率器件擊穿場強度更強,，耐電壓更高,，是同等硅器件耐壓的10倍，更適合應用于高壓器件,；其次,，SiC的熔點更高，可以耐高溫,，大約是硅的3倍以上,；第三，SiC的電子飽和速度會更快,，功率器件的頻率可以做的更高,；第四，SiC的熱傳導性很高,，易于冷卻,；最后，SiC的的禁帶寬度會更寬一些,，這樣可以使得工作溫度做的更好,。
SiC優(yōu)異的材料特性
由于SiC具有上述物理特性，基于SiC的功率元器件相比硅基功率元器件，其性能上就更具優(yōu)勢,，例如更低的阻抗,、更高的頻率、更好地散熱效果,。反映到芯片上,，最大的好處就是可以把芯片做小，同時保持很好的高頻特性,、高溫特性和更高效率,。因此基于SiC的功率元器件在汽車或者工控行業(yè)用的比較多。以5000W DC/DC舉例,， IGBT產(chǎn)品的重量要達到將近7kg左右,，體積大約是8升甚至更大。如果使用SiC功率元器件,，重量可以降到原來的1/8左右。而且由于芯片體積減小了,，功耗更低,，散熱板也變小了。同時頻率的提高了,，也會帶動整個周邊器件（包括變壓器,、線圈）都可以做的很小。從而可以采用水冷降溫或用一些很小的散熱板,，進一步減小芯片面積,。因此使用SiC功率元器件，不僅可以令系統(tǒng)成本下降,，性能顯著提高,，還可以將系統(tǒng)尺寸大幅縮減。
功率半導體器件的使用場景
水原德健先生指出,，目前Si產(chǎn)品在市場應用最多的還是在光伏,、大數(shù)據(jù)和服務器方面，這是SiC產(chǎn)品比較成熟的應用場景,。接下來用的比較多的將會是新能源汽車,、各種充電站和電源，還有一些家電產(chǎn)品上,，但家電產(chǎn)品目前僅限于日本,。另外當前SiC產(chǎn)品還是以1700V和1200V為主，所以在風能上用的比較少一些,，未來如果能突破3300V,，風能也將是很大的一個市場。隨著電壓進一步提高到3600V甚至5000V以上，SiC在鐵路上也將迎來廣闊的應用前景,。
羅姆的SiC發(fā)展策略
羅姆從2000年通過產(chǎn)學合作方式開始了SiC產(chǎn)品的研發(fā),；2009年收購了德國一家主要做碳化硅柱、碳化硅襯底的晶圓廠SiCrystal,；于2010年實現(xiàn)了SiC肖特基的量產(chǎn),；2010年底同時量產(chǎn)了SiC的MOS，成為全球首家量產(chǎn)SiC MOS的企業(yè),；2012年羅姆量產(chǎn)了SiC的模塊,，同樣是全球首家量產(chǎn)的企業(yè)；2015年量產(chǎn)了溝槽型SiC MOS?，F(xiàn)在羅姆的晶圓可以做到六英寸,。
羅姆SiC芯片產(chǎn)品陣容
羅姆的SiC產(chǎn)品分成三類，SiC的肖特基,、SiC的MOS和SiC的功率模塊,。未來，SiC肖特基的發(fā)展趨勢是晶圓做得越來越大,，由原來的4英寸轉(zhuǎn)化為現(xiàn)在的6英寸,，還有就是封裝做得越來越多元化。SiC MOS產(chǎn)品除了晶圓尺寸變大之外,，還會將電流和電壓做大,，同樣封裝也會變得越來越豐富，便于工控產(chǎn)品上更方便地使用,。第二個就是車規(guī)品更多一些,，第三個就是說把封裝做的越來越全一些，越來越豐富一些,。
除了具體的產(chǎn)品以外,，羅姆的生產(chǎn)體制也非常有特色，遵循IDM生產(chǎn)體制,。在SiC制作工藝上,，首先是碳化硅柱，然后經(jīng)切片到晶圓,，晶圓切出來之后,，還要在晶圓上進行各種各樣的光耦合，做成芯片,，然后進行封裝,。在這整個的過程中，從碳化硅原材料開始,，一直到最后的封裝組裝,，羅姆全部都是自行完成的,，因此可以給客戶提供長期穩(wěn)定，高品質(zhì)的供貨,。
水原德健先生認為,，SiC市場的競爭點有兩個，一是技術(shù)二是原材料,，只有解決了這兩個問題,，才有可能在未來的拼殺中有生存的希望。這也是為什么羅姆在2009年收購SiCrystal的原因所在,。同時,，水原德健先生還透露，在未來,，羅姆在SiC產(chǎn)品上會階段性的繼續(xù)投資持續(xù)投資,，到2025年預計累計投資850億日元。SiC的生產(chǎn)能力到2021年會達到2017年的6倍,，2025年時將會達到2017年的16倍,。