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        創投大咖說 | 專訪芯塔電子創始人倪煒江博士:碳化硅芯片未來應用場景十分廣泛

        分類:
        直播間
        作者:
        來源:
        2023/12/18 14:25
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          前言

         

          碳化硅作為第三代寬禁帶半導體材料的代表,在禁帶寬度、擊穿電場、熱導率、電子飽和速率等指標具有顯著優勢,可滿足現代工業對高功率、高電壓、高頻率的需求,主要被用于制作高速、高頻、大功率及發光電子元器件,碳化硅器件下游應用領域包括電動汽車、光伏發電、軌道交通、智能電網、5G通信等,其中新能源汽車為最大終端應用市場。創投集團邀請到了安徽芯塔電子科技有限公司創始人倪煒江博士,和我們一同分享碳化硅器件未來發展趨勢。

         

         

          倪煒江,中科院博士,正高級工程師,IEEE協會會員,審稿員。倪煒江博士是北京市第三代半導體專家成員。倪博士先后在中電科集團第五十五研究所、泰科天潤半導體和世紀金光半導體從事碳化硅研發和產業化,擁有15年碳化硅行業從業經歷。

          倪博士于2020年10月在安徽蕪湖成立安徽芯塔電子科技有限公司,芯塔在北京、杭州、深圳設有研發中心、應用技術中心和銷售中心,湖州設有年產30萬套碳化硅功率模塊封測基地。芯塔電子是一家專注于第三代半導體功率器件和應用技術創新與國產化的國家高新技術企業。

         

          創投集團:碳化硅器件技術發展趨勢分析,碳化硅超級結MOS技術路線有哪些,未來,碳化硅超級結MOS是否有應用潛力?

          倪博士:碳化硅器件未來平面型、溝槽型和超結技術都會發展,超級結結構的最大優勢是降低外延層的電阻,所以在高壓器件上非常有優勢,比如今后在1700V、2000V、3300V上的優勢會比較大。芯片設計有“平面+超級結”或“溝槽+超級結”兩種技術方向,超級結自身的工藝技術路線參考硅器件,一是多次外延生長、二是深槽回填,在碳化硅中溝槽回填的成本會更有優勢。

         

          創投集團:主驅大電流的碳化硅MOS良率不高的原因有哪些,未來良率提升的關鍵在哪?

          倪博士:這幾年國內碳化硅的材料和制造技術都有很大的提升,現在中等電流規格MOS的良率可以做到90%以上。制約主驅MOS良率的重要一環是襯底和外延的缺陷密度,這個還與芯片的早期失效有關,所以單晶和外延技術的進步是很重要的。第二個就是制造工藝,及在制造過程中的缺陷控制。

         

          創投集團:專注于碳化硅器件的企業和專注于碳化硅模塊的企業,在產品競爭上的利弊?

          倪博士:碳化硅企業如果只做單管不做模塊的話,限制了產品的應用領域和市場拓展,特別是大功率方向的應用;如果只做模塊沒有核心的芯片技術的話,芯片來源會受到影響,供應鏈會很被動,產品整體性能價格不可控。因此,碳化硅產業中芯片是核心,模塊是產品和市場的衍生和擴展。

         

          創投集團:碳化硅MOS在光伏逆變器領域和新能源車領域相較于硅基IGBT的優勢,主要解決了哪些行業痛點。相較于硅基IGBT,下游客戶能接受的碳化硅器件/模塊價格區間?

          倪博士:隨著技術和產品的成熟,第三代半導體器件(例如SiC MOSFET)將在部分車型中替代Si基產品,大大提高汽車續航里程,縮短充電時間并優化整車架構,提升駕駛體驗。當前碳化硅應用范圍逐步從高端車型下探。續航里程在500km以下的新能源車型有望逐步實現碳化硅功率器件的應用。光伏逆變器采用碳化硅功率模塊之后,轉換效率可從 96%提升至 99%以上,能量損耗降低 30%以上,極大提升設備循環壽命,具備縮小系統體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低系統散熱要求等優勢。

          概括來說,碳化硅除了價格高于IGBT外,在性能、客戶接受度等方面,已沒有其他任何缺點。目前下游客戶能特別是高端客戶能接受IGBT 3倍以上的價格,但是當價格是IGBT的2倍時,整個系統的成本會比采用Si基IGBT的更低,產業將迎來真正的爆發點,隨著技術的快速進步和產業模塊的擴大,這個時間點即將來臨。

         

          創投集團:碳化硅下游應用場景除現階段的車、風、光、儲的開拓及滲透,未來碳化硅應用是否有其他場景?

          倪博士:碳化硅芯片未來應用場景十分廣泛。除了光儲充車領域,碳化硅芯片在軍工、航空航天(包括深空探測)、數據中心電源、工業變頻、UPS、軌道交通和電網等領域都會大展拳腳。

         

          創投集團:碳化硅器件企業商業模式有哪些,未來各類企業爭奪焦點及生存空間?

          倪博士:碳化硅器件企業商業模式主要有Fabless和IDM。國內SiC功率器件的廠商包括Fabless和Foundry大多有向IDM模式演進的趨勢。但IDM模式也并非適用于任何企業。目前國內很多碳化硅廠商體量并不大,尚未實現盈利,若是大規模建廠的話,運營成本太高,對現金流的考驗非常大,工藝開發的難度和客戶認可度也是問題。如果能得到代工廠的支持,Fabless廠商在設計方面確實更具靈活性,在碳化硅MOS方面的研發進程也較快,更適合具備高研發能力的創業團隊選擇布局。同時,代工廠的資質也可以為其供應鏈可靠性背書。結合當前碳化硅產業的發展階段和時間窗口等因素來看,國內IDM和Foundry + Fabless兩種商業模式將會長期并存,而且各自滿足終端市場不同的應用場景。

          對當前碳化硅產業發展處于早中期階段的情況,能深度合作的Fabless + Foundry,如形成C-IDM的模式會更有優勢。因此,有國產Foundry資源,同時又有核心設計和工藝能力,具備長期創新能力的技術團隊會有更大的競爭優勢。

         

          創投集團: GaN是否在未來可能替代SiC的地位?

          倪博士:GaN功率器件既擁有類似SiC在寬禁帶材料方面的性能優勢,也擁有更強的成本控制潛力。由于GaN是異質外延材料,本身的缺陷和可靠性會對應用有一定的限制,因此大部分用于中低壓和高頻、甚至是高度集成化的領域,未來在這個領域有很大的市場,GaN與SiC雖有部分競爭,更多的是互補的市場。

          感謝倪教授的分享,我們相信,碳化硅產業一定會在未來有很大的市場!

          

         

              來源:創投集團

          審核:薛瑤

          發布:尤異

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