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临港半导体峰会之圆桌论坛:第三代半导体趋势前瞻

时间:2021-09-17 作者:顾正书 阅读:
在今年的临港半导体产业发展峰会上,以氮化镓和碳化硅为主的第三代半导体成了热门话题。本次峰会的圆桌论坛主题就是:第三代半导体趋势前瞻,参与圆桌讨论的嘉宾从市场、技术和投融资三个方面展开了精彩的互动。
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在今年的临港半导体产业发展峰会上,以氮化镓和碳化硅为主的第三代半导体成了热门话题。本次峰会的圆桌论坛主题就是:第三代半导体趋势前瞻,参与圆桌讨论的嘉宾从市场、技术和投融资三个方面展开了精彩的互动。

圆桌论坛由ASPENCORE《电子工程专辑》主分析师顾正书主持人,参与圆桌讨论的嘉宾包括:

.沈鑫,瑞能半导体首席战略和业务运营官;

.于玮诏,捷捷微电(上海)科技有限公司副总裁;

.张永熙,上海瞻芯电子科技有限公司创始人;

.梁勇,晶芯高瞻董事长;

.许东,新微半导体总经理。

氮化镓和碳化硅分别适用哪些应用市场领域?这些市场目前发展现状及未来趋势是怎样的?

沈鑫:瑞能主要是做碳化硅(SiC)功率器件,从2012年开始做,已经做了接近10年时间。我们比较关注三个应用领域,首先是最传统的电源领域。现在国家对于能效提升的要求越来越高,碳化硅对于高能效有非常大的帮助,因为它的开关损耗比较低。随着能效提升,包括整体碳中和的要求会是一个比较大的发展机遇。

瑞能半导体首席战略和业务运营官沈鑫

第二个也是跟碳中和相关,国内做光伏逆变器的厂商越来越多,这也是碳化硅应用非常大的一个市场。微逆也好,还是电厂规模的光伏逆变器,都有非常大的发展机会。第三个是汽车电子,不管是特斯拉还是国内一些汽车厂商,都已经开始大规模使用碳化硅器件,这部分是未来碳化硅最大的应用领域之一。

于玮诏:捷捷微电比较看中品质和长期可靠性,我们把碳化硅和氮化镓(GaN)看成是晶体管的下一代。工业和汽车应用更看重可靠性和产品长期使用的性能,第三代半导体可以看成是晶体管的延续。

捷捷微电(上海)科技有限公司副总裁于玮诏

我们不断在人才和产品方面持续投资,现在南通有一个6寸和8寸的晶圆厂,同时在祁东也有一个车规级封装厂。我们这个厂不单单做封装和晶圆,同时也有人才。我们的大部分员工都是在海外和国际大公司工作过的资深技术人才。

张永熙:瞻芯电子是2017年在临港成立,其宗旨就是立足于碳化硅的产业化。针对第三代半导体的应用前景和能够解决的市场痛点,主要在于它能提供更高的功率密度,更高的能耗效率,所以这是它非常核心的一个优势。

上海瞻芯电子科技有限公司创始人张永熙

因为是一个新兴的材料,在这个阶段它的成本相对比较高。目前都是要着眼于在一些高功率密度应用场景,会有比较大的市场机遇。对于碳化硅而言,我们需要在光伏和新能源汽车等对效率和功率密度要求比较高的场合找到好的应用。而对于氮化镓,像充电器这类市场,氮化镓也有非常独道的优势。因此在小功率和更高工作频率的应用场景,氮化镓有它的用武之地。

梁勇:我们是一家私募股权投资基金公司,前段时间有幸跟许总去了一趟以色列。看到了全球特别领先的一些优秀公司和产品。第三代半导体不管碳化硅还是氮化镓,效率应该是这类功率器件的核心。显然第三代功率半导体在这方面有着它独特的优势,我记得在现场尽调回来做评估,有些数据我看完了以后还是很震惊。

晶芯高瞻董事长梁勇

有一家氮化镓公司的产品也是用在车规级大功率硅基氮化镓的半导体器件。它的开关损耗只有硅基IGBT的15分之一,导通损耗只有三分之一,甚至比碳化硅还要优异。这样一些产品将来我相信在新能源汽车市场快速发展的背景下一定是可以异军突起的。我们长期在投资市场观察,在寻找这样一些机会,也想跟大家说,这个机会是越来越明确的,投资的点也会非常多,而且国内在这方面的人才、产能和资源方面都已经具备。随着第三代功率半导体逐步渗透,应该是特别有机会弯道超车的。

许东:新微半导体主要是上海市和临港管委会在化合物半导体细分领域布局的一个重要组成部分,主要就是立足于化合物半导体(包括第三代半导体的氮化镓和碳化硅)。目前我们公司一期即将建成,主要服务的产品方向之一是高端光电器件,还有射频和毫米波器件。

新微半导体总经理许东

从我们的角度上来看,作为功率器件,碳化硅后面会有一个非常大的影响。从材料本身来说,氮化镓作为功率器件的一些关键指标相对于碳化硅还略胜一筹。之所以碳化硅走在前头,这跟氮化镓器件本身面临的一系列困难有关。

把氮化镓做到大功率应用场景上,其实需要解决的困难一个是热应力,还有成本问题。目前从技术水平来看,主要还是解决一些快充问题,或者数据中心服务器的电源。其实更大的应用是在汽车OBC,特别像电驱逆变器,目前还有一系列问题。但是曙光已经出现,这个应该是毋庸置疑的。我相信随着氮化镓衬底技术的成熟,氮化镓就可以做成像碳化硅功率器件那样,采用垂直器件结构,无论性能还是成本都有可能得到大大的改善。

顾正书:几位专家的分享大部分都是强调的是碳化硅。第三代半导体更注重中高端,特别是汽车应用,更多是大功率,高压这种碳化硅项目和产品。而像中低压、中小功率应用,氮化镓目前来看更贴近民用消费市场,比方说比较火热的快充。不管氮化硅,还是氮化镓,目前从成本来说还是高于传统硅基器件。

ASPENCORE《电子工程专辑》主分析师顾正书

从技术上来说,第三代半导体在设计制造以及工艺产能上还有哪些技术瓶颈需要突破?针对技术瓶颈有什么应对解决方案?

许东:第三代半导体,特别是碳化硅的成本是非常高的。我们公司做射频芯片,采用碳化硅基氮化镓,那个晶圆成本更高。但是,从80年代到现在经历了三四十年的发展,现在成本可以在100美元以下。在这个发展过程当中。内在驱动力是解决市场的需求。我相信随着市场需求日益旺盛,包括碳化硅等化合物器件的价格都会往下降。

还有一个技术趋势是往大的晶圆尺寸走,CREE大概在2014年就展示出了8寸碳化硅。这些努力我相信都会推动第三代半导体,包括碳化硅和氮化镓,更好的渗透市场。

张永熙:今天6英寸碳化硅外延片的成本大概是4英寸的两倍多一点。6英寸大概1000美元的价格,我们可以100%确定,再过几年6英寸碳化硅外延片价格一定会降到今天的4英寸碳化硅外延片价格,所以这个降价空间肯定存在。碳化硅本身生产难度非常高,芯片除了材料价格外,制造成熟度和合格率,以及长期可靠性,所有这些因素都会影响到芯片最终的降价趋势。这都是需要通过产业不断投入,持续的积累,才能有技术的进步和成本的下降。这都是碳化硅和氮化镓发展的必经路径,至于哪一天降到跟硅基同样的成本,我估计5-10年之内吧。

沈鑫:我从应用角度补充一点,作为第三代半导体会跟以前的有些差别。从成本角度来说,当设计的频率提升后,整体电路设计会复杂,同时其他被动器件更小一些,散热片更小一些。综合考虑起来,在一些应用领域,包括CREE公布的数据,有些总体成本已经低于硅基产品了。当然这有很长一段路要走,如果考虑成本,不仅是器件本身,还有整个系统级设计成本也是要考虑进来的。

于玮诏:从效率和性价比来看氮化镓是非常好的,但是有一个缺点,它耐不了高压,效率会降下来。氮化镓有两个问题要解决,一个怎样耐高压,如果耐不了高压,在汽车和工业上面应用就很有限。氮化镓成本还好,今天我们看到充电头,很多快充都用氮化镓。但器件本身过不了可靠性测试的,我相信这个器件在汽车应用和工业应用上会碰到很多问题,但是在某些消费领域用是OK的。

碳化硅天生有一个很厉害的地方,就是耐高压。但成本太高,怎么从系统方面解这些天生问题呢?我想这是碳化硅需要处理的。无论什么器件,都要放在对的位置,在适当的应用中才能够发挥它的优势。我们不应该仅仅要看成本,还要看整个产业的发展。

在投融资方面三代半导体目前情况是怎样的国内这些项目投资是不是过热,还是刚刚起步?

梁勇:如果炒股票的话,三代半的投资可以看到今年以来都特别的热。整个投资界对这一板块的资产估值会非常高。毫无疑问这是有道理的,我们认为这不是一种短期狂热,因为很多一些实实在在的应用。比如说氮化镓在消费电子市场的应用,手机充电会比原来用的硅基器件充电器又轻又薄,本身没有热量,因为转化效率很高。

我们在以色列看到的现实也是,像欧洲的一些主流车厂对这方面也比较重视,包括他们直接投资进行开发新能源汽车的逆变器和车载OBC充电口。从这些方面得到的一些数据和结论,我们知道这样一个投资热潮是会持续不断的。而且随着产业投资越来越多,产品本身成熟度和设计开发,会逐渐运用到各行各业。产能提高了以后,良率也提升了,三代半的时代就来临了。但不是说硅基器件被完全替代掉了,这是一个很漫长的过程。

于玮诏:投资在第三代半导体真的是风风火火,钱是不缺的,但为什么没有产品呢?最近我在想,为什么我们在二极管和碳化硅方面都不如欧美呢?日本也输给他,原因是什么?我们缺钱吗?不缺,缺人吗?绝对不缺。当我们有了钱之后,最缺的是人心,我们有没有这个心态对待这个产品。第三代半导体,从设备、材料、器件到应用,都需要我们从系统的视角去看。整个产业链是不是各个环节都能够做好,等到那一天中国就会很强大了,我希望那一天早点到来。

责编:Amy Guan

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顾正书
ASPENCORE资深产业分析师。以深圳为坐标原点,扫描全球电子和半导体行业。专注于China Fabless和SoC设计细分市场的分析和学习,欢迎交流。
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