當(dāng)前，新型冠狀病毒仍在持續(xù)，對產(chǎn)業(yè)及企業(yè)造成了一定程度的影響，也牽動著各行各業(yè)人們的心。在此形勢下，中國半導(dǎo)體照明網(wǎng)、極智頭條，在國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟指導(dǎo)下，開啟疫情期間知識分享，幫助企業(yè)解答疑惑。助力我們LED照明企業(yè)和產(chǎn)業(yè)共克時艱！
本期，我們邀請到中國電子科技集團(tuán)第五十五研究所高級工程師、博士李士顏帶來了“碳化硅功率器件之新能源汽車應(yīng)用及展望”的精彩主題分享，以下為主要內(nèi)容：
一、 新能源汽車-碳化硅產(chǎn)業(yè)機(jī)遇
1.新能源汽車，SiC產(chǎn)業(yè)機(jī)遇
SiC作為近年來備受市場關(guān)注的第三代半導(dǎo)體材料，相對于傳統(tǒng)的硅材料，其高禁帶寬度高熱導(dǎo)率、高電子偏移速率等材料優(yōu)勢，使得碳化硅功率器件擁有高的擊穿電壓、開關(guān)頻率、工作溫度、功率密度等性能優(yōu)勢，在系統(tǒng)應(yīng)用中可以有效地提升系統(tǒng)的工作效率，降低系統(tǒng)的功率損耗，降低系統(tǒng)的尺寸和重量，在新能源汽車中也受到了廣泛關(guān)注。
近年來，新能源汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，成為硅功率器件市場擴(kuò)展的重要推動力。碳化硅功率器件已經(jīng)迅速進(jìn)入新能源充電樁、車載充電器、電機(jī)控制器等應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在電機(jī)控制器方面，使用碳化硅功率器件，可以減少電機(jī)控制器80%的體積、70%的重量，最高效率可以達(dá)到99%。這些優(yōu)勢將有效的提升新能源汽車的持續(xù)續(xù)航能力、空間利用等關(guān)鍵性能指標(biāo)。
成本目前是碳化硅功率器件所面臨的較大挑戰(zhàn)，但是從硅IGBT切換為碳化硅功率器件后，新能源汽車逆變器效率的提升,相同續(xù)航下對電池容量的降低，以及系統(tǒng)冷卻體積和重量優(yōu)化。將有效降低碳化硅功率器件本身帶來的成本增加。碳化硅功率器件將成為未來新能源汽車發(fā)展的重要趨勢。
特斯拉上海工廠的建成和首批國產(chǎn)model3的交付，無疑給中國新能源汽車市場帶來了巨大的沖擊，model3中其電機(jī)控制器的逆變器中已經(jīng)采用了碳化硅MOSFET芯片作為核心功率器件。然后，這將進(jìn)一步引領(lǐng)碳化硅功率器件在新能源汽車領(lǐng)域的發(fā)展和趨勢。隨著model3零件國產(chǎn)化率的提升，也給國內(nèi)碳化硅芯片和模塊產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇。
與特斯拉同步的是，豐田、大眾、日產(chǎn)、本田、比亞迪等公司也都將SiC功率器件，作為未來新能源汽車電機(jī)控制器的首選解決方案。
豐田公司從2016年開始就開展了碳化硅功率器件新能源汽車的應(yīng)用。其乘用車實(shí)驗(yàn)型車型已經(jīng)完成了長期的路況測試，在城市公交系統(tǒng)中也開展了實(shí)際的應(yīng)用示范。三到五年內(nèi)，碳化硅功率器件將成為整個國際、國內(nèi)市場中電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)主流的技術(shù)方案，這也將給全球的碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)帶來巨大的發(fā)展機(jī)遇。
中國擁有全球最大的新能源汽車產(chǎn)業(yè)，并且作為國家重要的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，其發(fā)展規(guī)模將長期保持高速擴(kuò)展。新能源汽車市場規(guī)模保持著22%的年復(fù)合增長率。預(yù)計(jì)到2030年，中國新能源汽車銷售量將達(dá)到2100萬臺，其巨大的市場規(guī)模牢牢的吸引了國際和國內(nèi)碳化硅功率器件企業(yè)的目光。
新能源汽車將保持22%增長率，SiC在該領(lǐng)域增長率將49%，核心芯片國產(chǎn)化率不足2%，SiC功率器件國產(chǎn)替代空間十分廣闊。
但目前國內(nèi)新能源汽車核心芯片國產(chǎn)化率卻不足2%，其核心功率器件基本依賴進(jìn)口，這導(dǎo)致費(fèi)用昂貴，供應(yīng)鏈穩(wěn)定性差，整車電驅(qū)系統(tǒng)成本高昂，并且供應(yīng)受制于人。一旦在未來幾年，國外電動汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，并和國內(nèi)同行形成全方位競爭后，核心功率器件很可能成為卡住國內(nèi)車廠的命門，現(xiàn)實(shí)和未來都需要盡快解決自主碳化硅功率芯片的核心技術(shù)，車規(guī)級的碳化硅功率芯片的國產(chǎn)化進(jìn)程刻不容緩。
面對危機(jī)的同時，這也為我國碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)帶來了更大的機(jī)遇，經(jīng)歷了中興事件、華為事件，核心芯片國產(chǎn)自主化，核心元器件供應(yīng)鏈安全的緊迫性已經(jīng)深入了國內(nèi)各大企業(yè)的意識。未來幾年碳化硅功率器件國產(chǎn)化的替代將迎來迅猛發(fā)展，市場前景非常廣闊。
二、 碳化硅功率器件主要發(fā)展歷程
1.SiC肖特基二極管產(chǎn)品系列化
SiC肖特基二極管是最早進(jìn)入市場的碳化硅功率器件產(chǎn)品，從2001年英飛凌首先推出SiC肖特基二極管產(chǎn)品以來，經(jīng)歷20年的發(fā)展，國內(nèi)外20余家公司量產(chǎn)SiC肖特基二極管系列產(chǎn)品，擊穿電壓600-1700V，單芯片導(dǎo)通電流最高達(dá)50A以上。
作為產(chǎn)業(yè)龍頭，CREE、英飛凌產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展到第六代，采用薄片、溝槽等先進(jìn)技術(shù)，在不斷提升性價比的同時，應(yīng)用可靠性顯著提升。
2. SiC MOSFET成熟度提升迅速
SiC MOSFET器件技術(shù)方面，成熟度迅速提升，市場應(yīng)用規(guī)模迅速增長。自從2010年，CREE一代SiC MOSFET的推出。國際上10余家公司量產(chǎn)SiCMOSFET系列產(chǎn)品，擊穿電壓650-1700V，單芯片導(dǎo)通電流最高達(dá)100A以上。
在SiC MOSFET器件產(chǎn)品中存在兩種主流的技術(shù)路線方案，Cree、Rohm分別基于平面型DMOSFET和溝槽型UMOSFET技術(shù)路線，產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展到第三代，芯片尺寸大幅縮小。
3. 平面型SiC MOSFET
Cree：Gen3 1.2kV 器件Ron,sp降低至2.7mΩ?cm2, 3.3kV 及更高電壓器件Ron,sp接近單極型器件理論極限。
ST：Gen2 1.2kV 器件Ron,sp 5.5mΩ?cm2，高工作溫、高閾值電壓，可靠性達(dá)到車規(guī)級應(yīng)用要求。
目前特斯拉model3所采用的是ST公司的1200伏碳化硅產(chǎn)品，具有更高的工作溫度，高的閾值電壓等性能特點(diǎn)，更適合于新能源汽車電機(jī)驅(qū)動控制器的系統(tǒng)。
4.溝槽型SiC MOSFET
Rohm：Gen3雙溝槽結(jié)構(gòu)降低Eox，1.2kV器件Ron,sp降低為Gen2 DMOS的50％。
Infineon：非對稱溝槽結(jié)構(gòu)降低Eox ，(11-20)面高MOS溝道遷移率，實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻、高閾值電壓。
5.技術(shù)成熟度快速提升
目前，SiCSBD和SiCMOSFET都已實(shí)現(xiàn)了商品化，超越“概念驗(yàn)證”階段，目前SiC MOSFET在產(chǎn)品性能和技術(shù)成熟度方面處于快速增長期。可靠性及成本達(dá)到EV、軌道交通等應(yīng)用要求，逐步進(jìn)入成熟期；
產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域和市場比率迅速提升，在電源、光伏領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，處于快速增長期。用戶市場應(yīng)用的產(chǎn)品還沒有得到固化和定型，因此，未來三到五年，是我國碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展突破的最后機(jī)會，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程刻不容緩。
2025年以后，碳化硅功率器件市場將進(jìn)入成熟期，國際廠商將形成更高的市場壁壘，國產(chǎn)碳化硅功率器件再進(jìn)入市場將更加困難。
6.產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模
當(dāng)前，碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，2018年產(chǎn)品銷售超過3億美元，高端應(yīng)用正逐步替代硅器件；高端應(yīng)用正逐步取代硅器件。市場規(guī)模快速增長，未來十年內(nèi)，其將保持30%的高速年增長率，2023年超過10億美元，這也是國內(nèi)碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)必須抓住的機(jī)遇。
三、 關(guān)鍵核心技術(shù)及發(fā)展趨勢
與傳統(tǒng)的硅功率器件工藝相比，碳化硅獨(dú)特的材料特性使其需要匹配多種特別的工藝技術(shù)。在這些核心技術(shù)方面，國外的技術(shù)積累和優(yōu)勢沒有硅器件那么明顯，這也為我們在碳化硅功率器件領(lǐng)域的快速追趕，甚至超越提供了難得的機(jī)遇。
1. SiC功率器件特殊工藝
由于摻雜離子在碳化硅材料內(nèi)極難擴(kuò)散，因此難以通過傳統(tǒng)的高溫?cái)U(kuò)散摻雜技術(shù)實(shí)現(xiàn)PN區(qū)的離子摻雜，需要采用1650度的高溫外延技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳化硅材料漂移層的生長。外延質(zhì)量和缺陷率將直接影響器件的性能和成品率，
碳化硅外延技術(shù)是碳化硅功率器件制備的核心技術(shù)之一。同時，針對碳化硅MOSFET器件，要實(shí)現(xiàn)碳化硅深的離子摻雜濃度，需要引入高溫高能離子注入技術(shù)，其實(shí)際注入能量將高達(dá)800keV，這也是碳化硅器件需要的另一個關(guān)鍵技術(shù)之一。
另一方面，摻雜離子在碳化硅材料內(nèi)的激活率較低，需要在超高溫度條件下進(jìn)行激活，激活溫度最高可達(dá)到1800度。如何在如此高的環(huán)境溫度下保持碳化硅材料良好的界面狀態(tài)，是高溫激活退火技術(shù)的關(guān)鍵。
相對于其他化合物半導(dǎo)體材料，碳化硅可以通過自氧化形成柵介質(zhì)層，特別適合作為硅功率器件的替代材料。但是碳化硅柵介質(zhì)層在氧化過程中高的界面態(tài)密度，然后低的載流子遷移率等問題是其面臨的重大技術(shù)難點(diǎn)。
通過十幾年的技術(shù)研究，通過系統(tǒng)的優(yōu)化氧化條件，一氧化氮退火，高溫鈍化等工藝，柵介質(zhì)層氧化工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了重大的突破，柵介質(zhì)層達(dá)到了批量商用的要求。
2. 閾值電壓提升
針對新能源汽車的應(yīng)用，未來幾個方向是碳化硅功率MOSFET器件研究的重點(diǎn)，一是閾值電壓的提升技術(shù)。新能源汽車應(yīng)用環(huán)境,溫度較高，而硅功率MOSFET的閾值電壓隨溫度升高而降低,低的閾值電壓增加了高溫環(huán)境下系統(tǒng)的開啟風(fēng)險(xiǎn)，因此閾值電壓的提升對電動汽車應(yīng)用來說非常重要。目前三菱、羅姆和英飛凌等公司都已開展了多項(xiàng)研究，并取得了不錯的研究成果。
3. 閾值電壓穩(wěn)定性提升
碳化硅閾值電壓穩(wěn)定性是其需要攻克的另一技術(shù)重點(diǎn)，器件長期的閾值電壓穩(wěn)定性是新能源汽車應(yīng)用的另一個焦點(diǎn)。
目前，國際報(bào)道通過V族元素的鈍化、B鈍化、非晶硅溝道制備等提升閾值電壓穩(wěn)定性的技術(shù)，但是這一系列技術(shù)的成熟度仍有待進(jìn)一步的提升。
4. 柵氧介質(zhì)可靠性提升
柵氧介質(zhì)可靠性提升是碳化硅功率MOSFET器件實(shí)現(xiàn)新能源汽車應(yīng)用面臨的重要瓶頸，柵氧介質(zhì)失效是碳化硅功率MOSFET器件應(yīng)用中主要的失效現(xiàn)象之一，相對于傳統(tǒng)硅器件，硅功率MOSFET柵介質(zhì)層可靠性還有較大提升空間，更多的研究工作需要集中解決這一應(yīng)用難題。
四、國內(nèi)外競爭分析
在碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，以美國的Cree公司、日本的羅姆半導(dǎo)體公司為代表的國外碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)處于絕對領(lǐng)先地位，并且形成了巨頭壟斷局面。國內(nèi)碳化硅MOSFET芯片技術(shù)尚處于研發(fā)階段，芯片技術(shù)成熟度有待提升。
國際SiC供應(yīng)商加速投資，迅速擴(kuò)產(chǎn)
2018年，Rohm公布加速投資，擴(kuò)大SiC晶圓和器件產(chǎn)能計(jì)劃
2019年，Cree宣布10億美元投資計(jì)劃，開展8英寸晶圓線
2019年，Infineon與Cree就SiC襯底供應(yīng)，簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議
2019年，大眾與Cree就新能源汽車應(yīng)用SiC器件供應(yīng)，簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議
國產(chǎn)SiC襯底
在碳化硅襯底方面。國內(nèi)有天科合達(dá)、山東天岳、世紀(jì)金光等多家企業(yè)推出了其四英寸的碳化硅襯底產(chǎn)品。
國產(chǎn)4英寸SiC襯底
國內(nèi)碳化硅襯底產(chǎn)品，其微管密度已經(jīng)接近了進(jìn)口襯底的水平，天科合達(dá)、山東天岳等廠家的襯底材料已經(jīng)通過了產(chǎn)品的驗(yàn)證，開始大批量的應(yīng)用于碳化硅功率器件的產(chǎn)品生產(chǎn)，有效地保證了襯底供應(yīng)鏈的安全。
國際上碳化硅功率器件廠商已經(jīng)基本都進(jìn)入了六英寸時代，未來幾年很可能邁向八英寸時代，在六英寸和八英寸襯底技術(shù)和產(chǎn)能方面，與國際都還存在比較大的差距。
國產(chǎn)SiC外延
國產(chǎn)4英寸SiC外延材料
中國電科55所在碳化硅外延方面擁有十年的技術(shù)積累，目前外延材料主要性能參數(shù)優(yōu)于進(jìn)口SiC外延片的供片指標(biāo)要求，并且建立了穩(wěn)定的批量供貨的能力。下圖所示，中國電科55所碳化硅外延材料參數(shù)指標(biāo)與Cree產(chǎn)品的供貨指標(biāo)的對比，多個指標(biāo)優(yōu)于Cree的供貨標(biāo)準(zhǔn)。 
國產(chǎn)SiC電力電子器件
碳化硅功率器件加工方面，國內(nèi)開展了大規(guī)模的投入，目前，產(chǎn)品制造單位超過10家，55所、中車時代電氣等具備完整的器件工藝線；55所、泰科天潤等公司已批量銷售SiC肖特基二極管。
但是碳化硅MOSFET器件方面，國內(nèi)還處于產(chǎn)業(yè)推廣的起步階段，產(chǎn)品技術(shù)水平和市場占有率仍需大幅提升。
55所SiC電力電子技術(shù)定位
55所定位于集碳化硅材料外延、晶圓加工、器件測試和可靠性評價以及碳化硅功率模塊封裝的全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的碳化硅器件發(fā)展。
55所SiC外延材料自主保障
在碳化硅材料外延方面，建立了四六英寸碳化硅外延技術(shù)，擁有三臺批產(chǎn)用的碳化硅外延設(shè)備，30µm-薄外延年供片能力超過1萬片，同時還建立了低缺陷密度150µm+厚外延生長技術(shù)，在國內(nèi)處于領(lǐng)先的地位。
55所SiC電力電子器件生產(chǎn)線
建立了完整、集中的4、6英寸SiC電力電子器件批量生產(chǎn)能力；批量生產(chǎn)SiC 肖特基二極管系列產(chǎn)品，初步建立SiC MOSFET產(chǎn)品技術(shù)。
55所新型功率模塊生產(chǎn)線
2014年55所成立國揚(yáng)電子公司，專業(yè)從事以SiC為代表的新型半導(dǎo)體功率模塊的研制和批產(chǎn)；產(chǎn)品包括IGBT模塊、SiC混合功率模塊、SiC MOSFET功率模塊等，年產(chǎn)各類功率模塊30萬塊。
55所SiC MOSFET產(chǎn)品開發(fā)
針對新能源汽車領(lǐng)域應(yīng)用碳化硅功率器件，55所目前已建立了1200V280、160、80、40mΩ碳化硅MOSFET器件產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的供貨，還開發(fā)了1200V25mΩ碳化硅MOSFET器件產(chǎn)品,單芯片導(dǎo)通電流大于70安，目前處于產(chǎn)品的初步定型階段，計(jì)劃在2021年將實(shí)現(xiàn)新能源汽車的裝車示范應(yīng)用。
1200V25mΩSiC MOSFET
導(dǎo)通電流大于70安培，閾值電壓2.8伏，擊穿電壓1500伏，可以完全滿足碳化硅器件在新能源汽車方面的應(yīng)用。
SiC MOSFET產(chǎn)品對比
1200V80mΩ產(chǎn)品動態(tài)特性測試
高溫柵偏試驗(yàn)
柵氧介質(zhì)壽命：TDDB試驗(yàn)
體二極管可靠性
車用1200V/300A SiC功率模塊
•采用完全自主1200V/40mΩSiC MOSFET芯片；
•采用Pin-fin直接水冷結(jié)構(gòu)，三相全橋SiC功率模塊；
•1200V/300A功率輸出，最高工作結(jié)溫200℃；
•2021年將完成500臺新能源汽車裝車應(yīng)用；
充電裝置應(yīng)用
1200V SiC肖特基二極管具備低導(dǎo)通損耗、低反向漏電、高擊穿電壓、高浪涌能力耐受能力；
替代進(jìn)口同類產(chǎn)品，通過500V和750V充電裝置的系統(tǒng)級驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)數(shù)十萬只產(chǎn)品銷售應(yīng)用；
光伏逆變器應(yīng)用
替代相同電壓電流等級的硅器件，效率提升2個百分點(diǎn)；替代進(jìn)口同類產(chǎn)品，效率相當(dāng)，多臺樣機(jī)正常運(yùn)行一萬小時以上，1200VSiC二極管和混合功率模塊實(shí)現(xiàn)批量銷售。
五、未來展望
未來碳化硅功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛，在光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、高端電源、白色家、電軌道交通和智能電網(wǎng)方面將取得更大的市場份額。其中，軌道交通和智能電網(wǎng)的應(yīng)用市場將成為碳化硅功率器件下一個廣闊的應(yīng)用前景。
更高電壓SiC器件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用
在碳化硅功率器件的電壓等級方面，目前商用的電壓等級只是覆蓋到了600伏到1700伏，相信在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，3300伏到6500伏電壓等級的碳化硅功率器件也將迅速進(jìn)入產(chǎn)品化推廣階段。在不遠(yuǎn)的未來，相信1萬伏電壓等級的碳化硅MOSFET，甚至2萬伏等級的碳化硅IGBT產(chǎn)品也將迅速進(jìn)入我們的視野。
3.3-10kV SiC MOSFET等單極型器件進(jìn)步顯著，進(jìn)入驗(yàn)證階段；SiC IGBT等雙極型器件的電性能不斷提升，擊穿電壓達(dá)25kV以上，但其封裝、可靠性等方面問題突出。
小結(jié)
國際上SiC功率器件技術(shù)處于快速發(fā)展期，在電動汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用將進(jìn)入爆發(fā)期，市場產(chǎn)值將急劇擴(kuò)張；
國內(nèi)SiC功率器件產(chǎn)業(yè)化盡快完善，實(shí)現(xiàn)自主芯片國產(chǎn)替代，擺脫該領(lǐng)域長期以來依賴于國外器件供應(yīng)商的產(chǎn)業(yè)瓶頸。
國內(nèi)需要攻克的產(chǎn)業(yè)瓶頸，包括SiC襯底、SiCMOSFET技術(shù)成熟度仍需提高；國內(nèi)用戶的牽引是SiC器件技術(shù)快速提升的關(guān)鍵。
關(guān)于中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所
中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所是我國大型電子器件研究、開發(fā)及應(yīng)用研究所之一，主要從事固態(tài)功率器件、微波毫米波模塊電路等專業(yè)技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)。目前在三代半導(dǎo)體研制領(lǐng)域處于國內(nèi)領(lǐng)先水平；積極推動軍民融合發(fā)展，民品產(chǎn)業(yè)進(jìn)入國民經(jīng)濟(jì)信息化建設(shè)的主戰(zhàn)場，形成了射頻電子、功率電子兩大支柱產(chǎn)業(yè)板塊。
在國內(nèi)率先建立碳化硅電力電子芯片和功率模塊封裝的批量生產(chǎn)線，擁有寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，可以覆蓋碳化硅材料的外延、芯片制造，擁有國內(nèi)設(shè)備最齊全的研發(fā)能力最先進(jìn)的碳化硅生產(chǎn)線。
非常感謝極智課堂提供了跟大家交流的機(jī)會，雖然疫情還未完全過去，但相信國內(nèi)各個產(chǎn)業(yè)的復(fù)蘇已經(jīng)近在眼前。非常榮幸在這個時期，與業(yè)界同仁就碳化硅器件的產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇和未來發(fā)展深入的交流和討論。共同合作，一起把握他微功率器件產(chǎn)業(yè)的重要?dú)v史機(jī)遇。也歡迎有需要的用戶和同行能夠積極地開展合作，共同推進(jìn)國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。
問答環(huán)節(jié)
1.需要負(fù)壓驅(qū)動嗎？
李士顏：目前市場上碳化硅驅(qū)動器一般采用負(fù)5伏和正20伏的驅(qū)動器。當(dāng)然CREE的三代產(chǎn)品現(xiàn)在應(yīng)該是負(fù)5伏到正15伏的驅(qū)動。目前驅(qū)動采用負(fù)5伏更多的是考慮整個系統(tǒng)工作的安全性，本身碳化硅器件在0伏以下是可以完全關(guān)斷的。
2.55所的SiC芯片對外銷售嗎？采用SiC MOS的汽車動力控制單元體積的縮小，主要是哪些部分體積縮小的？
李士顏： 55所的碳化硅芯片是對外銷售的，目前碳化硅二極管產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量的供貨銷售，整個工藝生產(chǎn)非常穩(wěn)定。碳化硅MOS方面，在1200伏器件方面，多款產(chǎn)品已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)批量的送樣和供貨，未來供貨量將會進(jìn)一步提升。
對于采用SiC MOS的汽車動力控制單元體積的縮小，一方面，采用碳化硅功率模塊的體積是要小于采用硅器件的。更重要的是，采用碳化硅器件之后，整個系統(tǒng)的工作頻率可以實(shí)現(xiàn)比較大的提升，在外圍的一些相當(dāng)于是無緣的元件、電感之類的體積都可以實(shí)現(xiàn)較大的縮小，碳化硅MOS對冷卻系統(tǒng)要求沒有硅那么高，所以冷卻系統(tǒng)體積方面也會實(shí)現(xiàn)比較大的降低。
3.報(bào)告中展示的測試數(shù)據(jù)是基于兩英寸嗎？數(shù)據(jù)是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)還是量產(chǎn)數(shù)據(jù)？對比CREE、ROHM我們55所產(chǎn)品的良率大約多少，那么基于尺寸、良率、工藝等我們的成本如何面對國外產(chǎn)品，也就是價格優(yōu)勢是從哪里獲得的？
李士顏：報(bào)告中所展示的數(shù)據(jù)都是我們四英寸襯底所作的碳化硅產(chǎn)品，在產(chǎn)品中按照標(biāo)準(zhǔn)的抽樣考核進(jìn)行測試，相當(dāng)反映我們產(chǎn)品基準(zhǔn)線的一些工藝數(shù)據(jù)。
對于產(chǎn)品率和成本方面是國內(nèi)碳化硅器件生產(chǎn)商所面臨的一個重大問題，由于本身工藝線技術(shù)平臺的不足，國內(nèi)在這方面與國際上還是有較大的差距。未來隨著更大尺寸晶圓的引入，更大批量的生產(chǎn)加工和更優(yōu)的在線監(jiān)控技術(shù)將會進(jìn)一步提升成品率和降低成本。
4.碳化硅晶圓生長速度非常慢，能夠做晶圓的公司又很少，您提到碳化硅市場會快速增長，將來如何看待晶圓是否可以快速提升供貨量并且穩(wěn)定供貨呢？
李士顏：對于晶圓是否能夠快速穩(wěn)定的供貨，這兩年感受深刻，由于國外晶圓供貨渠道受到了一定的影響，更深刻地意識到國產(chǎn)晶圓的供貨意義重大。
不過值得慶幸的是，四英寸晶圓國內(nèi)基本上可以實(shí)現(xiàn)批量供貨，供貨渠道方面沒有問題。但是對于急需的六英寸材料，國內(nèi)在技術(shù)方面和量產(chǎn)方面都還存在較大不足，需要更多的資金投入來進(jìn)行產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)和技術(shù)提升。國內(nèi)企業(yè)也已經(jīng)有意識，比如華為公司入股山東天岳。
5.55所目前的產(chǎn)品，二極管的晶圓是國內(nèi)晶圓，MOSFET、IGBT的晶圓還是主要靠進(jìn)口，理解是否正確呢？
李士顏：目前針對1200伏的產(chǎn)品，二極管和MOSFET都主要采用國內(nèi)四英寸碳化硅襯底。只有針對超高壓的器件，重點(diǎn)偏向于更前沿的產(chǎn)業(yè)研發(fā)方面，會采用國外的一些襯底作為外援。
未來產(chǎn)業(yè)化方面，國內(nèi)襯底將會成為主流，我們對國內(nèi)六英寸商用襯底的需求也非常迫切。
6.55所的產(chǎn)品，是否符合車規(guī)級別要求呢？是否有車廠已經(jīng)通過驗(yàn)證了呢？
李士顏：對于車規(guī)級產(chǎn)品的需求，也是下一步碳化硅器件發(fā)展的一個重點(diǎn)。目前國際上符合車規(guī)級要求的碳化硅器件是非常少的，目前擁有符合車規(guī)級要求的生產(chǎn)線，國際上也很少。所以下一步重點(diǎn)將會開展在碳化硅車規(guī)級芯片方面的應(yīng)用。
在批量應(yīng)用之前，小批量的上車示范應(yīng)用會是更重要的觀念。目前驗(yàn)證還處于初步協(xié)調(diào)階段，2021年我們將會有500輛新能源汽車的碳化硅器件裝車應(yīng)用需求。
7.根據(jù)現(xiàn)狀，襯底進(jìn)口、良率難控，目前市場呈現(xiàn)出的國產(chǎn)的價格優(yōu)勢是犧牲了利潤還是幾乎沒有利潤？預(yù)計(jì)這樣的階段還要持續(xù)多長時間？
李士顏：兩方面來講。碳化硅肖特基二極管方面，國內(nèi)的產(chǎn)品良率與國際廠商基本是一致的，因此，在這方面利潤其實(shí)是可以得到保證的，更多的是市場份額占有的問題。希望國內(nèi)用戶可以給國內(nèi)的碳化硅器件廠商更多的機(jī)會，讓我們的產(chǎn)品能夠更大量的進(jìn)入市場，從而保證整個產(chǎn)品的規(guī)模和利潤的發(fā)展。
在碳化硅MOSFET方面，成本比較高，更多的是目前的技術(shù)成熟度還有待提高，隨著技術(shù)程度的提高以及整個批量化生產(chǎn)的提升，良率是會隨著產(chǎn)量逐步提升的，因此未來我們產(chǎn)品的成熟度和批量生產(chǎn)上去之后，然后碳化硅MOSFET的成本也會逐步下降，跟國際形成持平甚至稍微占優(yōu)的結(jié)果，因此，未來碳化硅MOSFET的利潤也可以得到比較大的保障。
就個人預(yù)測，未來五年之內(nèi)，國內(nèi)整個碳化硅產(chǎn)業(yè)對于投資來說，利潤回報(bào)率應(yīng)該可以得到比較明顯的提升。
8.SiC器件封裝用基板用的是什么，未來又是怎么考慮的
李士顏：據(jù)了解，目前這個碳化硅功率模塊所采用的基板一般都是氧化鋁覆銅基板，或者是氮化鋁覆銅基板。未來可能更多是根據(jù)功率模塊的需求，在基板材料方面，近期應(yīng)該不會有特別大的變動和更新。
9.目前國內(nèi)碳化硅芯片在成品率和成本依舊存在進(jìn)步空間，那么我們現(xiàn)在國產(chǎn)產(chǎn)品在國際同行優(yōu)勢在哪？從哪里能獲取利潤？
李士顏：優(yōu)勢在于幾點(diǎn)，相對于國外廠商，目前碳化硅芯片的供貨周期已是非常長。而且對于產(chǎn)品的定制需求，他們很難滿足，國內(nèi)在這方面會有更多的優(yōu)勢。
售后服務(wù)方面，國內(nèi)企業(yè)可以更好地滿足國內(nèi)用戶的需求。碳化硅作為新型器件，在應(yīng)用中所面臨的問題，更多的并不是器件本身的問題，而是在使用過程中沒有實(shí)現(xiàn)跟碳化硅器件的完美配合。這些問題的解決，需要器件的研制單位跟用戶單位共同來完善。這方面，國內(nèi)廠商有更大的優(yōu)勢，可以更快速的對用戶問題反應(yīng)，更快速地提出解決方案。
同時針對國內(nèi)用戶的需求，國內(nèi)廠商在定制化產(chǎn)品方面也有更好的服務(wù)方案。
10.國內(nèi)新能源汽車SiC器件滲透率大概有多少？如何推動國產(chǎn)器件上車？
李士顏：、目前國內(nèi)新能源汽車的功率模塊還基本全部采用這個硅的IGBT器件。真正批量化市場應(yīng)用的碳化硅器件應(yīng)該是還沒有進(jìn)入市場。
對于如何推動新能源汽車國產(chǎn)碳化硅器件的應(yīng)用，汽車是安全性要求非常高的產(chǎn)品。新的器件，特別是新能源汽車中，功率控制器是核心器件，要采用碳化硅器件替代，首先要有一個三到五年的示范應(yīng)用期，這個期間，目前更多是通過國家的一些項(xiàng)目支撐。據(jù)了解，目前國家針對新能源汽車碳化硅器件的應(yīng)用，推出了比如國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。
2021年之后，國產(chǎn)碳化硅器件基本可以實(shí)現(xiàn)在新能源汽車上小批量的示范運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過兩到三年，國產(chǎn)器件將會大批量進(jìn)入國內(nèi)新能源汽車應(yīng)用。
11.請問碳化硅模塊相對比IGBT，成本大概增加了多少呢？
李士顏：就單模塊的系統(tǒng)成本來說，基本增加了有六到八倍。但是對于整個電動汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)來說，如果能夠完全將碳化硅器件的系統(tǒng)優(yōu)勢提升出來，可以在整車成本降低中實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。比如采用碳化硅器件之后，對電池的需求會有一定的降低，對整車?yán)鋮s系統(tǒng)需求有進(jìn)一步優(yōu)化，最終整車的成本的降低可以彌補(bǔ)碳化硅模塊成本的增加。
（文字根據(jù)直播內(nèi)容編輯整理，略有刪減）
