隨著低碳發展理念在全球的持續推進,碳中和、脫碳成為各行各業日益關注的焦點。功率半導體技術在脫碳進程中扮演著日趨重要的角色。以碳化硅(SiC)為代表的第三代半導體技術成為功率半導體發展的熱點。作為一家在SiC領域的開發有著20多年的歷史的領先廠商,羅姆多次在SiC技術創新和商業化發展中起到引領作用。
日前,羅姆半導體(上海)有限公司技術中心副總經理周勁先生和羅姆半導體(上海)有限公司市場宣傳課高級經理張嘉煜先生深入介紹了羅姆的最新發展動態及在SiC領域的技術與發展。
2022業績:汽車及工業市場帶來高增長
張嘉煜介紹,2022財年上半年,羅姆實際銷售額2599億日元,同比增長16.7%,營業利潤504億日元,同比增長46%。按垂直行業劃分,汽車、工業設備、計算機&存儲設備三個市場領域銷售額均有超過20%的增長。2022財年全年預計將實現銷售額5200億日元,相比2021財年實現15%的增長。全年銷售額中,占比和增長貢獻最大的都是汽車領域。汽車領域銷售額預計達2134億日元,相比2021財年增長24.3%。汽車領域細分市場中,xEV有168%的增長。
SiC領域市場戰略及目標
張嘉煜介紹,節能和小型化是羅姆一直以來的發展理念。功率電子元器件作為羅姆的業務核心,也一直致力于通過節能和小型化而為社會帶來價值與發展。節能和實現無碳社會進程中,SiC等高轉換效率的產品需求將不斷擴大。羅姆擁有世界先進的SiC及GaN等技術,目前已經被應用在非常多的車載應用當中。
張嘉煜介紹,2021~2025財年,羅姆在功率元器件領域銷售額目標是復合年增長25%的預期,尤其是碳化硅方面,是有較高的增長預期。羅姆預計碳化硅市場在2024~2026三個年度將有近9000億日元的市場有待開拓。對此,羅姆銷售額目標是在2025年度實現大于1100億日元的銷售額。為了實現這樣的目標,羅姆正在不斷地進行碳化硅方面的投資以滿足產能需求,計劃在2021~2025這5年投入1700~2200億日元。按照羅姆目前的增產計劃,相對2021年產能,到2025年碳化硅產能計劃擴增到6倍,而到2030年,產能計劃擴增到2021年的25倍。
羅姆SiC器件發展路線
周勁介紹,羅姆關于SiC的開發,已有20多年的歷史。羅姆從2000年開始研發碳化硅產品,在2010年全球首家進行碳化硅SBD和MOSFET的量產,之后在2021年發布了第4代的溝槽SiC MOSFET。第4代碳化硅產品導通電阻(RonA)能夠相較于原來的第3代下降40%。按照未來發展規劃,導通電阻于2025年、2028年分別再降30%,實現第5代、第6代產品。另外,將增加晶圓的直徑,提高生產效益,以把碳化硅器件的成本持續的降低。2017年羅姆全面進入6英寸的碳化硅晶圓時代,到2023將實現200 mm即8英寸襯底的量產。另外通過羅姆優良的技術能夠實現單個元件尺寸的增加,目前的主流從2015年開始最大的規格都是25 mm2,到2024年羅姆會實現50 mm2的產品,可以支持更高電流輸出的需求。
第4代 SiC MOSFET優勢
周勁介紹,羅姆第4代 SiC MOSFET優勢主要在三個方面:低損耗、使用簡便、高可靠性。
低損耗的實現主要來自兩方面因素,一方面是導通電阻(RonA)的進化降低了ON阻抗,與第3代產品相比,羅姆的第4代新產品標準導通阻抗實現了40%的降低,同樣尺寸的芯片,第3代大約是30mΩ,第4代能夠實現18 mΩ的導通阻抗;另一方面是開關特性的改善促進損耗降低。
羅姆第4代 SiC MOSFET第二個特征是使用簡便。第一個就是推薦柵極驅動電壓為8~15 V,可以與IGBT等目前廣泛應用的柵極驅動電路等同的使用。另外一個無負Bias驅動的設計,羅姆的產品Vth會比較高,無需負Bias的設計,可以簡化電路設計。此外,第4代 SiC MOSFET內部柵極阻值降低,使外部柵極電阻的調整更靈活。
羅姆第4代 SiC MOSFET的另一個亮點是可靠性得以進一步的提高。通常標準導通阻抗跟短路耐受時間是折中的考量,羅姆通過獨特的電路結構設計,突破了這一限制,通過減小飽和電流去實現優化這兩個參數的折中,能夠實現短路時間大幅度的延長。