详解意法半导体宽禁带半导体发展战略

来源:电子技术应用ChinaAET发布时间:2022-03-141574浏览

编者按：随着第一、二代硅基半导体工艺接近物理极限，摩尔定律慢慢开始失效。受疫情后期汽车、工业和移动通信等行业市场需求反弹因素推动，再加上“碳中和”概念倡导及相关政策支持，被称之为第三代半导体的宽禁带半导体电子器件的成长动能有望持续上升。世界主要半导体器件供应商纷纷布局，迎接这一即将到来的盛宴。

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作为世界半导体产品重量级供应商，意法半导体长期以来跟踪宽禁带半导体技术进展，不断通过技术创新和储备资源建立宽禁带半导体电子元器件的研发、生产和销售完整体系，如今已经成为以SiC和GaN材料的半导体元器件领先供应商。

坚持可持续发展理念

建设低碳环保型社会已经成为全人类的共同任务，为了实现2021年巴黎协定确立了2025年将地球升温控制在1.5度以下的目标，业界一直在努力通过提高电力利用效率，来实现节能降耗低碳环保。

据意法半导体汽车和分立器件产品部(ADG) 执行副总裁、功率晶体管事业部总经理Edoardo Merli介绍，仅就工业领域而言，如果能将电力利用效率提升1%，就能节约95.6亿千瓦时的能源。

可持续发展理念一直根植于意法半导体的企业文化，意法半导体公司已经宣布在2027年成为一家“碳中和”企业，为了实现这一目标，一方面要100%采用可再生能源，另一方面要加大宽禁带半导体器件的市场供应，从而长期降低电力能源消耗。

不断加强碳化硅技术创新

相比于硅基的第一、二代半导体产品而言，宽禁带半导体拥有工作电压高、开关速度快、工作温度高、导通电阻低、产生热量少、耗散功率低、能效高等优势，碳化硅和氮化镓在功率器件里非常出色的节能效果，使其多年以前就成为意法半导体公司着眼于未来的重要方向。

Edoardo Merli表示，早在1996年5月，意法半导体公司就开始联合卡塔尼亚大学展开碳化硅半导体技术创新。在此之后的20多年里，意法半导体公司与意大利国家科研委员会、卡塔尼亚大学共同研究碳化硅新材料，充分利用所形成的技术生态，通过对这项技术本身，生产流程、生产设备的一系列改良，不断提升产品质量和可靠性，最终取得了今天的成果。

目前，意法半导体的第三代碳化硅MOSFET已经实理量产，第一代产品的芯片面积不断减少，导通电阻不断降低，同时针对某些特定应用场景展开定制化设计，从而实现了碳化硅器件产品家族成员的多种多样。

每一代产品的Rds(on) x Area和Rds(on) x Qg在技术迭代的过程中都会得到改良，改良幅度提升约为20%-25%，从而带来性能的巨大提升和成本的大幅降低。

据悉，除了650-1200V的第三代碳化硅产品外，高达2200V的第四代高功率产品也将于今年年底开始正式量产。

可靠、完整的生产制造发展战略

Edoardo Merli表示，对于碳化硅这样的新兴技术来说，掌控甚至拥有自己的一整套产业链是非常重要。意法半导体公司制定了完整制造链战略，这个战略的重点是真正拥有功率半导体技术的制造实力。

Edoardo Merli认为，碳化硅技术目前仍然处于雏形阶段，因此仍然有许多领域需要我们进一步探索和改良。首先是晶圆原材料的高成本，目前意法半导体已经在与许多合作伙伴开展技术研发试图解决这一问题。其次是外延成本，努力通过质量改善成本效益，但这涉及到整个生产链条的各个环节，因此需要未来开展更多的工作。

可以说这也是意法半导体将外延层纳入自身整个产业链的原因之，在外延工厂引入自动化技术优化生产流程，从而提升自身生产制造的灵活性满足市场需求。

碳化硅衬底是制造链本身的重要组成部分，对芯片的成本、产量和质量影响很大。通过收购瑞典 Norstel AB公司，意法半导体公司获得了碳化硅衬底制造技术，并把这项技术融入整体制造链。

在碳化硅方面，从衬底加工到最后的封装测试，意法半导体正在扩大整个制造过程的产能，正在把前工序和后工序的产能提高一倍，以满足市场需求。为了应为强劲的产能需求，在卡塔尼亚建立了碳化硅衬底产线。在新加坡的生产线规模将翻倍，目前正准备将生产线从6英寸改造为8英寸，第一批8英寸原型也已经诞生于ST SiC AB，预计于2024年实现量产。

未来，碳化硅产能到2024年将比2017年提升10倍，而从2024年到2027年规模也将进一步扩展，建设这些大型工厂的目的就是满足市场的需求、支撑自身的发展。

在氮化镓方面，意法半导体公司采取了同样的行动，在此领域也有开展一些收购兼并，包括法国创新型企业EXAGAN。同时，意法半导体也与台积电开展合作，从而将许多内测科技产品提前向市场发布，通过台积电的渠道更好地触达市场，最终目标是完善内测技术，最终服务于清晰明确的产品战略。通过与代工厂合作，缩短产品上市时间，并实现多地量产，来完善生产计划。

目前我们对氮化镓技术的推广已经在路上，100V到650V各类产品将会陆续出炉，在8英寸生产线上诞生。在卡塔尼亚也有一条GaN-on-Si RF生产线用于氮化镓生产。

致力于成为宽禁带半导体领先供应商

在硅时代，意法半导体公司是业内数一数二的重量级半导体产品供应商。如今面向未来的宽禁带半导体产业，意法半导本公司除了继续供应传统的IGBT、MOSFET产品外，还会把在碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体技术为代表的的全新科技推向市场，致力于成为这一新兴领域的领导厂商。

据Edoardo Merli介绍，意法半导体已经在碳化硅市场取得领导地位，2021年在碳化硅MOSFET领域已经占到市场份额50%，在电动汽车领域占比甚至达到60%。随着汽车制造和工业界已经将碳化硅的应用加速提上日程，意法半导体将持续不断地在新兴科技和生产线改良进行投入，以便应对未来海量的、不断增长的市场需求。

对于未来的展望，意法半导体CEO Jean-Marc Chery曾经这样讲过：到2024年，意法半导体公司将在碳化硅领域实现10亿美元利润目标。