CETC第五十五研究所-微纳电子技术

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材料的来源和质量
1. 2. 2009年的统计，英飞凌和Cree每月各需要1500片4寸片。 Cree的4寸 导电衬底基本被Cree和英飞凌瓜分，少量被意法半导体等拿到。 大市场和垄断、高利润不可能并存，市场有巨大的扩产、降价和增大 晶圆的压力。今年更多的供应商开始提供4英寸高质量衬底。比如IIVI半年内产能扩大到3倍，5年内衬底产量增到9倍（绝大部分来自电 力电子衬底）。 II-VI公司准备明年发布6英寸。Dow Corning 大踏步 进入衬底和外延市场。预计5年后，健全的6英寸产业链将打开白色家 电的市场。
工作于更高的温度和辐射环境 更高的系统效率（损耗降低1/2） 芯片面积1/5 工作频率高， 10kV器件@20kHz 单个器件更高的电压（20kV以上） 可减小体积和重量：减少或免除水冷，免除笨重的50Hz 变压器。
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600V-1200V 的碳化硅器件
节能，高频的SiC二极管，目前用 于高效电源（包括LED TV的电 源）、太阳能逆变器。
2.
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低电压市场爆发增长，高压器件将陆续出货
1.第一波市场是肖特基二极管：2008销售额达2300万美元，2010年 已达1亿美元。（2010财政年度,2010年7月为止）。去年Cree 二极 管销售增长120%。2005年以来平均68%的年增长率。 2.器件价格不断下降。从2007年到2010年， Cree的碳化硅二极管价 格降了3倍。这是通过三方面的措施实现的：增大晶圆、提高材料 质量和工艺水平、扩大规模。Cree于07年，英飞凌于08年转为4寸 生产线。为了进一步降低器件成本，Cree在2010年欧洲碳化硅会议 上发布6英寸衬底, 一年后量产。同样的外延炉，6寸比4寸增加50% 的有效面积。 3. 英飞凌在2010年欧洲碳化硅会议上宣布，2011年量产碳化硅开关 器件（JFET）。这将引领更大的市场增长。 4.Cree已经推出1700V 二极管。市场拓展到马达驱动领域。
等开关器件量产之后，将引领另 一波增长，比如混合电动汽车可 可以取消一路制冷，省油10%。 比如5kW的 inverter，比硅系统 小7倍，轻8倍，节能20%（同时 满足）,非常适合在空间飞行器、 飞机上的应用。
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1700V-6500V的碳化硅器件
比如风力发电、电力机车。 2020年欧洲风能增加6倍，每个5兆 瓦的风力发电机需要160兆瓦的电力电子器件，市场巨大。在这 种更高电压，更大功率的应用中，碳化硅器件节能，高频优势 更加明显。Cree已经推出1700V，25A二极管产品。 。 中国电子科技集团公司55所
SiC电力电子器件
整流器
双极型二极管 肖特基二极管 （SBD、JBS） 单极晶体管
开关
双极晶体管
PIN
MOSFET
JFET
BJT, GTO
IGBT
国外：多种器件系统研发，其中低功率SBD已经产品化。
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碳化硅器件开发机构列举
美国 Cree: MOSFET、BJT、JBS、GTO GE: VDMOS, 模拟集成电路 Semisouth：JFET、JBS 日本 RohmFra Baidu bibliotekMOSFET Mitsubishi：MOSFET AIST：MOSFET Hitachi: JFET DENSO：JBS KEPCO：模块
国内外碳化硅电力电子进展
IC-CHINA 2010
CETC第五十五研究所 李宇柱 2010年10月23日
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内容提要
一、碳化硅的市场 二、国外技术进展
三、我国发展状况
四、发展建议
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碳化硅相比于硅的优势
与硅相比，碳化硅（4H-SiC）具有： 10倍以上的临界电场强度 3倍禁带宽度 3倍的热导率
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节能减排的大背景
2005年全世界碳排放28万亿吨，如果不采取措施 ，2050年会达到65万亿吨。采取积极措施之后， 可以降到14 万亿吨，最重要的措施是：
1.新能源：可以降低21%的碳排放。
2.节省用电：高效用电技术可以减少24%的碳排 放。 碳化硅电力电子在以上两方面都有重要应用。
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高于10kV的碳化硅器件
1.
10kV的存取电系统：未来电网有更多的分布式新能源（太阳能， 风能。。。），需要储存电能。降压，储存，升压这一个来回， SiC可以节能10%，并且去除笨重的60hz变压器。 HVDC：中国西电东输。挪威的海上石油平台，欧洲海上风电场 需要长距离高压输电。需要20kV或更高电压的碳化硅器件。
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节能方面比LED更有潜力
因为照明（包括LED），只占20%的电能应用。80%的电能用 于马达、电源。尽管Cree目前85%的利润来自LED。Cree公司 宣称绝不放弃电力电子市场。 中国电子科技集团公司55所
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国外碳化硅器件研究状况
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目前重点开发的器件类型：
3. 材料的质量：
材料供应商面临很大的压力提供零微管衬底。这是大电流器件必需的 条件。 现在不仅Cree，II-VI，DowCorning已经具有零微管技术。
现在研究的热点是降低外延的缺陷：目前最好的外延缺陷水平0.7/cm2， 已经大于衬底的缺陷密度，成为瓶颈。预计外延很快有大幅度的改良。 东京电子2010年欧洲碳化硅会议上发布了碳化硅外延设备：6x6英寸。
欧洲 Infineon ：JBS, JFET Bosch：模拟集成电路
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碳化硅单极器件
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碳化硅肖特基二极管产业发展
•美国Cree和德国英飞凌等多家公司能够提供碳化硅 SBD的系列 产品，其中反向耐压有600V，1200V，1700V多个系列，正向电 流最高达50A。 •目前国外已经淘汰了2英寸碳化硅晶圆，目前主流是3英寸。英 飞凌、Cree已经开始采用4英寸生产线。 •英飞凌2005年开始推出第二代碳化硅SBD：JBS二极管。