在電能的產(chǎn)生、輸送和分配過(guò)程中，電力傳送效率和使用效率至關(guān)重要。當前，電力傳輸功率器件主要是基于硅材料，由于發(fā)展了30年，硅材料的物理性能已經(jīng)發(fā)掘殆盡。碳化硅作為半導體界公認的“一種未來(lái)的材料”，具有巨大的發(fā)展潛力。日前，泰科天潤半導體科技(北京)有限公司實(shí)現了碳化硅肖特基二極管功率器件的量產(chǎn)。這對我國電力電子業(yè)的長(cháng)遠發(fā)展具有深遠意義。

  碳化硅材料帶來(lái)革命性變化

  碳化硅材料能夠抗高溫，如果汽車(chē)采用碳化硅功率器件，將出現革命性變化。

  碳化硅材料有著(zhù)廣闊的用武之地，小到電腦、家電，大到混合電動(dòng)車(chē)，再大到國家電網(wǎng)、鐵路運輸、光伏產(chǎn)業(yè)等需要節能降耗、提高電力效率的領(lǐng)域都能用到。

  在汽車(chē)的應用上，泰科天潤總經(jīng)理陳彤向《中國電子報》記者介紹：“汽車(chē)的整套水冷系統中裝置的散熱片重達2～4公斤，成本高、體積大、分量重，可控性較差。碳化硅材料能夠抗高溫，如果汽車(chē)中采用碳化硅功率器件，原來(lái)幾公斤的散熱片可以大幅減少甚至直接拿掉，這將是一個(gè)革命性的變化。”

  對電壓要求極高的工業(yè)領(lǐng)域碳化硅也有廣泛應用空間。中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )前副理事長(cháng)趙正平指出：“硅功率器件最高關(guān)斷電壓只能做到6000伏，而目前碳化硅功率器件最高關(guān)斷電壓可做到20萬(wàn)伏。我國智能電網(wǎng)建設要求使用關(guān)斷電壓在萬(wàn)伏以上的功率器件，單個(gè)硅功率器件是無(wú)法達到要求的，碳化硅功率器件卻能輕松勝任。”

  此外，碳化硅在綠色能源發(fā)展中可以起到支撐作用。中國電器工業(yè)協(xié)會(huì )電力電子分會(huì )常務(wù)副理事長(cháng)肖向鋒表示：“現在煤和石油越來(lái)越緊缺，能源危機是我國面臨的極大考驗。國家倡導綠色能源，發(fā)展光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電。如果碳化硅功率器件發(fā)展起來(lái)，能大大提高電力傳送效率和使用效率，能源危機有可能緩解。”

  碳化硅出色的性能優(yōu)勢，能夠為我國的社會(huì )發(fā)展建設發(fā)揮出不可或缺的支撐作用。碳化硅的出現，也為全球半導體功率器件產(chǎn)業(yè)開(kāi)辟了更為廣闊的發(fā)展空間。因此，發(fā)展碳化硅材料，成為了全球半導體企業(yè)的共同選擇。

  我國實(shí)現量產(chǎn)打破國外壟斷

  泰科天潤公司實(shí)現碳化硅肖特基二極管多個(gè)功率器件量產(chǎn)，產(chǎn)品涵蓋600V～3300V等中高壓范圍。

  在全球碳化硅市場(chǎng)的發(fā)展格局中，歐、美、日搶先一步，早在2003年左右就實(shí)現碳化硅功率二極管的商品化。

  對于碳化硅行業(yè)的整體發(fā)展情況，陳彤向記者介紹：“美國是全球碳化硅的老大，所占市場(chǎng)份額最大。英國的主導產(chǎn)品還是硅，碳化硅的發(fā)展正在積累中。日本企業(yè)比較特殊，從材料做到終端產(chǎn)品，不會(huì )單獨賣(mài)中間某個(gè)配件。”

  此次國內企業(yè)泰科天潤公司實(shí)現碳化硅肖特基二極管多個(gè)功率器件量產(chǎn)，產(chǎn)品涵蓋600V～3300V中高壓范圍，其中600V/10A、1200V/20A等產(chǎn)品的成品率達到國際領(lǐng)先水平，600V/50A、1200V/50A實(shí)現量產(chǎn)突破，1700V/10A、3300V/5A兩個(gè)產(chǎn)品也已經(jīng)完成研發(fā)。

  從無(wú)到有，實(shí)現碳化硅量產(chǎn)需要克服諸多挑戰。陳彤指出：“一是來(lái)自硬件設備層面的挑戰。目前使用的加工設備均為通用設備，并沒(méi)有專(zhuān)為碳化硅材料定制的。二是來(lái)自人才方面的挑戰。在碳化硅沒(méi)有實(shí)現量產(chǎn)的情況下，相關(guān)人才也是空白的。三是來(lái)自管理方面的挑戰。由于量產(chǎn)涉及到工藝控制，半導體各個(gè)環(huán)節都要做得非常精準，才能做出穩定且成品率高的產(chǎn)品。”

  碳化硅功率器件的量產(chǎn)，打破了國外技術(shù)壟斷。趙正平告訴《中國電子報》記者：“雖然我國在硅材料的發(fā)展上和國外差距較大，但是在碳化硅材料的推進(jìn)上起步較早，現在已經(jīng)看到希望。”他進(jìn)一步指出：“當前國內另一家企業(yè)型研究所，中國電科55所也已做出碳化硅二極管和結型場(chǎng)效應功率管，并即將量產(chǎn)。”

  我國碳化硅功率器件的量產(chǎn)，使我國進(jìn)入了碳化硅發(fā)展的隊列中，與歐、美、日并肩同行。為了使我國碳化硅產(chǎn)品在與國外企業(yè)競爭中具有競爭力，未來(lái)還需要有更多的國內企業(yè)加入進(jìn)來(lái)，相關(guān)配套支撐環(huán)節完善，才能實(shí)現規模效應。

  三大舉措推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化

  碳化硅量產(chǎn)為我國提供了后發(fā)優(yōu)勢，對碳化硅產(chǎn)業(yè)來(lái)講,發(fā)展的契機就在這幾年。

  推動(dòng)碳化硅功率器件的發(fā)展，需要盡早實(shí)現產(chǎn)業(yè)化。對于中國來(lái)說(shuō)，擁有時(shí)間上的契機點(diǎn)。

  陳彤指出：“碳化硅產(chǎn)品量產(chǎn)為我國提供了后發(fā)優(yōu)勢，2014年對整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)來(lái)講非常關(guān)鍵，契機點(diǎn)就在當下幾年。一是全球半導體產(chǎn)業(yè)并不在高峰期，碳化硅市場(chǎng)并沒(méi)有真正啟動(dòng);二是最大的市場(chǎng)在中國，目前國外廠(chǎng)商都在等中國市場(chǎng)成熟。我國需要利用好這個(gè)時(shí)間差，盡快推進(jìn)碳化硅的成熟。”

  對于如何加速碳化硅產(chǎn)業(yè)化步伐，趙正平認為：“國家已將碳化硅單晶材料和功率器件作為重點(diǎn)新材料和器件列入國家科技重大專(zhuān)項之中。未來(lái)需要做好幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節:一是碳化硅產(chǎn)業(yè)基礎部分的單晶要國產(chǎn)化。做碳化硅功率器件需要較大尺寸的無(wú)微管缺陷的單晶片。由于技術(shù)壟斷，在2004年左右一片2英寸的碳化硅單晶片國外賣(mài)給我們要5萬(wàn)元。現在國內的3英寸碳化硅單晶片已有小批量供貨，國外的價(jià)格在逐步下降，但一片3英寸單晶片也要1.7萬(wàn)元。如果國內實(shí)現碳化硅單晶的產(chǎn)業(yè)化，價(jià)格可以降到每片6000元。二是建立一條成熟的碳化硅功率器件生產(chǎn)線(xiàn)，有了生產(chǎn)線(xiàn)，才能生產(chǎn)出產(chǎn)品。三是要與應用相結合。國外更早一步進(jìn)入碳化硅市場(chǎng)，作為后來(lái)者，只有產(chǎn)品比對方做得好、更便宜，才能在市場(chǎng)上站住腳。”

  碳化硅材料的發(fā)展程度對我國至關(guān)重要。陳彤指出：“碳化硅的發(fā)展好壞，決定我們能否在下一個(gè)30年掌握主動(dòng)權，站在全球功率器件的高端領(lǐng)域。如果這一步?jīng)]有跟上，我們有可能重蹈硅功率器件的老路，高利潤環(huán)節被國外企業(yè)壟斷。”

  在硅材料興盛的30年中，由于我國起步較晚，功率器件產(chǎn)業(yè)一直處在被動(dòng)局面。碳化硅材料的發(fā)展，提供了一次重新洗牌的機會(huì )。由于當前全球半導體產(chǎn)業(yè)處在低迷時(shí)期，碳化硅市場(chǎng)沒(méi)有成熟，中國有一個(gè)難得的契機點(diǎn)。當前，搶占時(shí)間點(diǎn)，推動(dòng)碳化硅功率器件的產(chǎn)業(yè)化步伐勢在必行。