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成本桎梏亟待解決,碳化矽6英寸襯底有望價格砍半
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目前碳化矽在充電樁市場中滲透率不高,主要原因歸根到底還是在於成本。業內資深專家袁工向《華強電子》記者表示:“在功率器件領域,電壓等級不同器件價格有所差異。在同電壓等級下,碳化矽功率器件的價格大概是傳統矽器件的1.5倍到2倍之間。”

在一般充電樁中,充電模組作為核心部件,占充電樁總成本的比例高達50%,其中充電模組的主要成本在於IGBT。而碳化矽作為替代產品相同電壓等級下成本相比IGBT高出1.5倍甚至2倍,這顯然是下游生產商們難以承受的。

事實上,早在19年前,英飛淩便率先發佈了碳化矽SBD(肖特基二極體);2010年,羅姆半導體成功量產碳化矽MOSFET產品。但時至今日,碳化矽功率器件由於種種原因,價格仍無法下降到可以廣泛應用的程度。

張永熙博士認為,碳化矽功率器件成本高,主要是由於材料成本上存在不少問題,首先是襯底單晶生長難。不同於矽材料的生長,將多晶矽融化後拉單晶可以做成晶錠。碳化矽則是採用高溫等氣相澱積的方法來生長,它沒有液體的形態,達到2700度高溫後直接從固態昇華成氣態,所以材料生長在批量生產中很困難。

另一方面,對於碳化矽MOSFET而言,合格率也是一個挑戰。即使是碳化矽龍頭企業Cree,在去年一個季度的財報中也專門提到了,其6英寸碳化矽晶圓在上量過程中出現合格率低的問題。“要改善碳化矽MOSFET良率,除了在晶片製造領域加強工藝控制外,還需要在測試端完成CP測試、FT測試、篩選測試等步驟,來發現具體問題以改善製造工藝。”張永熙補充到。

而在降低成本方面,英飛淩也在做相關的投入。據陳子穎介紹,英飛淩收購了位於德累斯頓的初創公司Siltectra,這家初創公司研發了冷切割(ColdSplit)這一創新技術,可高效處理晶體材料,並最大限度減少材料損耗。英飛淩將利用冷切割技術切割碳化矽晶圓,使單片晶圓可產出的晶片數量翻倍。

陳子穎坦言:“確實碳化矽器件成本會比矽器件高,但是它已經與90年代初IGBT單管的價格相當了。碳化矽材料成本比矽高是難以改變,但隨著碳化矽整個產業鏈的技術成熟,碳化矽器件成本一定會有顯著下降。”

眾所周知,半導體器件中,無論是矽基半導體還是化合物半導體,其晶圓襯底尺寸都逐漸往大尺寸方向發展。目前能夠批量出貨的碳化矽襯底最大為6英寸,國際上8英寸襯底也正在向量產穩步推進,但主流的仍是4英寸襯底。

對於目前主流的4英寸碳化矽襯底,張永熙認為其優勢將會越來越弱:“儘管目前從價格上看,4英寸碳化矽襯底材料成本不到6英寸的一半,對於一些低端器件如碳化矽二極體等,4英寸還有一定競爭力。但隨著碳化矽材料進一步成熟,6英寸降價空間非常大。在未來的3到5年內,6英寸將會降到今天4英寸的價格,這是大勢所趨。”

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