助推电动汽车发展的新动力：Soitec 的 SmartSiC™

搜索最新SoC解决方案
关于汽车电子...物联网...安全...音频...视频

无论是对于 150 mm晶圆还是 200 mm晶圆而言，SmartSiC™ 都是一种更环保、更高效、更出色的技术解决方案，有望成为 SiC 市场的行业标准之一。

www.eet-china.com, Oct. 10, 2022 – 

问题 1：相比传统的碳化硅（SiC）技术，Soitec 的 SmartSiC™ 技术还较年轻，您能否介绍一下它目前发展的成熟度？

Christophe Maleville：Soitec 的 SmartSiC™ 技术正在步入产业化阶段。我们利用在 CEA-Leti （法国微电子研究实验室法国原子能委员会电子与信息技术实验室）的先进试验线进行开发与原型设计，并选择记录工具实现大批量生产。目前，我们关注如何降低变异性、缺陷率并提高良率，同时优化测量取样，以最佳的工艺流程进入大批量生产阶段。Soitec 在批量应用 SmartCut™ 技术方面已经拥有 30 年的经验，能够借此加速 SmartSiC™ 工艺的成熟，这是我们的优势。Soitec已为 2023 年的生产做好充足的准备。

问题 2：在降低产品的变异性方面，SmartSiC™ 可以达到怎样的水平？

Christophe Maleville：SiC 的前沿开发人员已经完成了大量出色的工作，他们在 SiC 的晶体质量和尺寸方面做出了重大改进。目前，SiC 器件已经能够为道路上日常行驶的电动汽车提供动力。但每个 SiC 晶锭以及每个晶锭内的每片晶圆都是不同的，这给生产带来了相当大的变数。然而，凭借 SmartCut™ 工艺，每个晶圆都可以实现重复利用十次以上，从而降低了变异性。通过使用外延层作为供体，我坚信我们的下一代SiC 晶圆––SmartSiC™ 晶圆，将完全消除源于晶体的变异性。通过在晶层转移之前消除基面位错（BPD），用于器件生产的每片晶圆都将相同，这将有利于大批量生产，与传统硅技术之间的差距也将随之缩小。

问题 3：Soitec 能否独领变革？

Christophe Maleville：这是一场引领 SiC 器件性能与指标重大进步的革命。但我们并不是独自前行。我们与战略伙伴的合作涵盖了方方面面，从技术研发组织、材料和设备供应商，到领先的设备制造商。这为加速基于 SmartSiC™ 设备的应用和下一代产品的落地奠定了基础。我们将于 2023 年开始第一代 SmartSiC™ 晶圆的生产。我们的开发周期非常短，从最初的开发工作到批量生产仅用了四年时间，这充分展现了 Soitec 在行业生态系统内紧密合作的高效工作模式。

电动汽车助推电力电子领域的创新

如果说人类世界当前面临的最紧迫危机是如何降低二氧化碳排放量，以减缓已经造成的灾难性环境破坏以及人口损害，那么，在当前的地球温室气体排放中，交通业的"贡献"最大，传统上它已被视为重要的污染源。但现在，交通行业已经扬帆起航，准备迎接百年一遇的重大转型。交通生态系统的所有利益相关者，包括研究人员、公司、机构和客户，都在努力塑造更绿色的未来，而电动汽车将是有助于减少机动车碳排放的关键创新驱动力。

更低的成本、更长的续航里程和更短的充电时间正在助推电动汽车的应用。传动系统的优化是推动电动汽车突破当前极限的方向，这也是一项密集且尖端的研发主题。由于电池提供的是直流电 (DC) ，而牵引电机只接收交流电 （AC），牵引 AC/DC 逆变器的效率就成为了提高动力传动系统能源效率的关键。

特斯拉在 2018 年就首次展示了碳化硅器件是动力传动系统和车载充电器中能够以高性能水平管理功率转换的最佳选择。随着每年汽车销售数量的不断增长（见图 1），电动汽车中 SiC 的渗透率预计也将在未来十年显著提升，从 30% 跃升至 70%。

根据碳化硅基器件与技术的渗透率预测，以及全球几大主要的市场对 EV 需求的激增，很显然，健全有效的 SiC 供应链是确保 EV 被市场广泛应用的关键。

电动汽车市场的到来及其超乎寻常的加速发展，为电力电子市场中节能解决方案提供了巨大动力。许多功率器件制造商已经制定了相应的战略举措，包括加大投资以提升大批量晶圆制造能力、建立垂直整合模式并进行战略收购以巩固其供应链等。

来自客户的助推压力，如要求传动系统中拥有更高效率的逆变器，且能够通过 800V 快充实现电池快速充电能力，使得 SiC 器件成为人们关注的焦点。

SiC 早在二十年前就以电力电子中硅的颠覆性替代者的角色出现，尽管成本更高、制造工艺更复杂，但在能量转换方面优势显著。从 25 mm 发展到今天的 200 mm 晶圆，晶圆面积的变大加上其他各方面的改进， SiC 已成为在促进增长与提供设计机遇领域最具活力的市场之一。

EV 市场中的 SiC 成本效益比显而易见，而汽车和工业市场也正是SiC前进的目标方向。

然而，尽管特斯拉早在 2018 年就首次推出了应用于电动汽车的 SiC MOSFET，但截至目前，SiC 仍然只是一种用于高端工业和其他功率转换应用的材料，设备制造商提供的产品范围也相对狭窄。很少有专门为 EV 应用设计的器件，而其制造良率也仍然受到现有标准 SiC 晶圆缺陷率的影响。

电动汽车牵引逆变器所需的功率水平催生了新的器件需求，即单芯片电流处理水平需高达 200A。为了达到这一电气性能水平，SiC MOSFET 单一表面面积需要至少达到 40mm²。但在标准单晶 SiC 衬底上制造这些器件无法达到必要的良率，而且经济上也不可行。此外，用于制造 SiC 晶锭的 PVT 工艺固有的缺陷范围，直到今天仍然是实现高良率的物理障碍。

点击阅读更多

 Back