【导读】近期，意法半导体在其意大利卡塔尼亚工厂概述了大力发展碳化硅(SiC)业务，并将其作为战略和收入的关键部分的计划。在ST最近的季度和年度业绩发布会上，ST总裁兼首席技术官Jean-Marc Chery多次重申了占据在2025年预计即将达到37亿美元SiC市场30%份额的计划。
作为越来越多次被硅供应商采用的宽禁带技术之一， SiC可以满足车辆电气化的高功率和高能效需求。
然而，鉴于在供应和生态系统方面面临的挑战，例如由于供应商不足而导致全球SiC晶圆短缺，ST一直在采取战略举措以控制整个供应链。包括最近与Cree公司达成的2.5亿美元协议，以确保Wolfspeed 150 mm SiC裸晶圆和外延晶圆的供应，以及收购瑞典SiC晶圆供应商Norstel 55%的股份，并计划最终收购剩余股份。
上周，ST汽车和分立器件部门总裁Marco Monti在卡塔尼亚碳化硅工厂发言时表示，他相信30年后50%的功率半导体市场将基于SiC。虽然目前ST由外包商提供锭和基板(在卡塔尼亚进行外延和晶圆加工)，但他表示公司希望加强对供应链的控制，并将其转移到公司内部。
Monti表示，尽管ST已经计划将Norstel进一步整合到其供应链中，但尚未准备好披露相关信息，后续可能在5月份的资本市场日透露更多信息。他表示与Cree公司结成联盟非常重要，旨在于提高垂直层面的整合水平。目前公司的SiC是6英寸晶圆，计划在2025年通过Norstel和本地研究关系推动8英寸晶圆的生产。
碳化硅晶圆(来源：意法半导体)
ST 2018年的SiC收入为1亿美元，2019年的目标收入为2亿美元，2025年目标收入将达到10亿美元，这意味着ST需要真正掌控这个供应链，以满足需求并实现这一雄心勃勃的目标。Chery表示，“我们的重点是物联网(IoT)和智能驾驶，为此能源管理和电力管理将成为未来增长的关键动力。因此，我们致力于开发宽禁带材料。 ST希望在这个市场中取得领先地位。“他补充指出，公司将持续投资以实现目标收入。
那Chery认为实现这一目标的挑战是什么呢?他告诉EE Times的记者，至少在短期内需要应对两个关键挑战：一个是供应链，另一个是成本。原材料供应商和设备供应商需要在数量上调整供应链。他说，需要采取相关措施来推动、证明电动汽车是节能的，而碳化硅将成为关键的节能解决方案。 “在电动汽车中实现高能效的唯一方法是在碳化硅上使用MOSFET，”他评论道。
第二个挑战是降低成本，以提高使用摄取量。 “因此，我们将缩小器件，我们增加晶圆尺寸，降低材料成本，并优化模块的设计。”ST在卡塔尼亚的工厂生产裸芯片和封装模块。 Monti概述了ST的SiC MOSFET的产品布局，披露了在2020年同时发展沟槽技术和第三代平面工艺的计划。
与硅相比，碳化硅的生产过程更具有挑战性，这是成本增加的原因之一，也为它的广泛应用带来了带来了挑战。 SiC具有更高前道程序的衬底缺陷，导致需要更复杂的制造流程以保证质量和可靠性。它也是一种较硬的材料，因此在关键扩散步骤中需要更复杂的制造工艺。
因此，SiC器件的成本会更高，但ST强调的是最终节省的成本。例如，在电动汽车中，SiC器件可能会额外增加300美元的前期成本，但总体而言，由于电池成本，电动汽车空间和冷却成本降低，可节省2000美元。
ST卡塔尼亚的工厂不仅专注于SiC的生产，而且广泛关注功率半导体的生产。氮化镓(GaN)也是ST产品组合的一部分——最近在巴塞罗那MWC会议上，ST宣布与Macom 进行 5G GaN的合作。
自1996年以来，ST一直致力于SiC的生产，并于2004年生产出首款SiC二极管， 2009年生产出首款SiC MOSFET，这些产品都推出了1200V和650V的版本。与其他几家公司一样，ST目前正在生产汽车级SiC功率器件——这是汽车电气化的关键推动因素。 ST于2017年开始生产6英寸SiC晶圆，随着产量的增加，已经能够满足太阳能逆变器、工业电机驱动器、家用电器和电源适配器等领域的需求。
SiC和GaN的应用
只要与任何一家欧洲主要的半导体供应商交谈，你会发现如何解决车辆电气化问题，尤其是电动和混合动力汽车大幅增长的背景下，是一个列入日程的重要事宜。
从技术规范角度满足需求而言，碳化硅和氮化镓上的宽禁带器件能够承受更高的电压，提供更高的电力能效，从而带来大幅收益。它们能够在更高的温度下运行，散热能力得到改善，开关和传导损耗更低。同样，在与硅进行对比的过程中，需要基于大规模生产的更大难度和成本控制，对收益进行权衡考虑。
SiC具有更高的能量转换效率，使功率器件能够超越硅的极限。它还具有更高的固有击穿阈值电压，从而带来更好的导电性和电力性能。
在汽车领域，牵引逆变器是受益于SiC的关键器件的一个案例。逆变器将存储在电池组中的能源转换为电动机运行的推力，因此能量转换(SiC观点的一部分)中的损耗越低，设备的效率越高。此外， SiC器件增强的导电性和更快的开关频率也降低了功率损耗。这意味着作为热量损失的能量更少。最终，SiC的更高效率可以使电动车辆行驶里程更长。
SiC具有更高的能源效率和更低的损耗，这也使得它适用于许多工业应用，包括工厂自动化、智能电网和太阳能逆变器。
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