Soitec 看到了采用 SmartSiC 晶圓的電動汽車中的巨大機遇

道路運輸的電氣化對于實現歐盟的脫碳和氣候變化目標至關重要。對碳化硅襯底的需求經歷了巨大的增長，法國絕緣體上硅 (SOI) 晶圓供應商 Soitec 開發(fā)了 SmartSiC 技術，以加速 SiC 在電動汽車中的采用。

碳化硅是一種寬帶隙半導體，一直是電動汽車的技術加速器，可提高電子系統(tǒng)的功率密度，同時減小汽車的整體尺寸、重量和成本。Soitec 預計，到 2030 年，超過 40% 的新車將是電動汽車，預計到 2026 年，SiC 將占其收入的 10%。

為了實現這一雄心勃勃的目標，Soitec 先后收購了位于格勒諾布爾的 Novasic，并啟動了其Bernin 4 工廠的建設，以量產 SmartSiC SiC 基板。

Soitec 的 SmartSiC 從位于格勒諾布爾的 CEA-Leti 的基板創(chuàng)新中心的試驗線中脫穎而出。SmartSiC 是 Soitec 專有的 SmartCut 工藝對 SiC 的改編，通過將非常薄的高質量 SiC 層粘合到電阻率非常低的多晶硅晶片上來實現。Soitec 聲稱，與傳統(tǒng)的塊狀 SiC 相比，SmartSiC 襯底將通過更高的供體晶圓可重復使用性、更高的產量和更小的芯片尺寸實現更高水平的性能和能源效率。

在擔任 CEA-Leti 負責人大約四年后，Emmanuel Sabonnadière 于 2021 年加入 Soitec，擔任 SiC 項目副總裁，以推動 SmartCut SiC 技術開發(fā)并占領新市場。讓Sabonnadière 為我們解釋了 Soitec 的戰(zhàn)略執(zhí)行如何支持向零排放移動性的過渡，以及其 SmartSiC 技術如何提高電力電子設備的性能并提高 EV 能源效率。

2021 年 7 月，歐盟委員會公布了一系列提案，旨在到 2030 年將溫室氣體凈排放量比 1990 年的水平至少減少 55%。作為歐盟綠色協(xié)議的一部分，歐盟的“適合 55”一攬子計劃要求作為到 2050 年實現氣候中和計劃的一部分，禁止銷售新的化石燃料汽車。Soitec 如何看待歐洲綠色協(xié)議和適合 55 的政策包?

歐洲綠色協(xié)議對地球來說是一個非常好的消息，也是朝著 4 億人的低碳出行邁出的巨大一步。在 Soitec，可持續(xù)發(fā)展是我們戰(zhàn)略的基石，在我們的企業(yè)責任政策中闡明，并指導我們員工的每一項行動[當他們創(chuàng)造] 基板，以協(xié)調電子產品的性能和能源效率。沒有嚴肅而切實的綠色目標，任何項目都不會啟動。

Soitec 打算如何支持這項工作?

我們的產品是數百萬人日常生活中不可或缺的一部分。它們對于采用 5G、電動和自動駕駛汽車以及嵌入連接對象的人工智能等創(chuàng)新技術至關重要。[這些技術是可能的] 只有在內部提高能源效率。

2020 年，我們對通過使用我們的三種產品(FD-SOI、RF-SOI 和 Photonics-SOI)與前幾代產品或競爭產品相比避免的溫室氣體排放進行了研究。我們發(fā)現避免的排放總量為 1,030 ktCO 2 eq [千噸 CO 2當量]。節(jié)省的能源達 1,738 GWh，相當于一個擁有 100 萬居民的城市每年的國內能源消耗量——比馬賽或舊金山的人口還要多。

隨著電池和電源管理技術的成熟以及電動汽車充電基礎設施的擴展，電動汽車正在走向世界各地。這些進步包括新的無線充電框架，解決了人們對電動汽車性能，尤其是續(xù)航里程的持續(xù)擔憂。您從汽車行業(yè)的客戶那里聽到了什么?

根據地球的目標，市場對電動汽車的采用正在急劇加速。更長的行駛里程能力和快速充電需求正在推動 800-V 電池系統(tǒng) [作為 EV 動力總成的新標準] 的發(fā)展。SiC 是實現 800 V 高效性能的主要技術。電動汽車中的 SiC 于 2018 年由特斯拉以 400 V 電池發(fā)起，現在主要用于電動汽車動力總成的電力電子設備中。

車載電力電子設備的功率密度正在增加，導致電動汽車中優(yōu)化、更緊湊的系統(tǒng)(牽引逆變器、車載充電器等)。此外，在電動汽車和工業(yè)應用中使用 SiC 可以實現電動機與嵌入式電力電子設備的緊密集成。

因此，客戶要求在晶圓級進行創(chuàng)新，以便在設備和系統(tǒng)級為電動汽車和工業(yè)市場創(chuàng)造更多價值。

Soitec 如何幫助他們克服技術挑戰(zhàn)并滿足他們的優(yōu)先事項?

為了應對因電動汽車的普及而對 SiC 襯底的旺盛需求，預計會有更多的高質量 SiC 襯底。SmartCut SiC 技術可從一個單晶 SiC 襯底實現 10 倍以上的高質量 SiC 襯底。這得益于我們的專利 SmartCut 技術，Soitec 使用了 30 年，現在專門用于 SiC。除了 10 倍的重復使用外，SmartCut SiC 技術的優(yōu)勢還在于表面質量高(顆粒水平降低)，這要歸功于與先進缺陷計量相關的最終表面的特定工程工藝。這些改進降低了誘導的外延生長缺陷密度，使尺寸超過 20 mm2 的器件的良率提高了 10% 以上。

此外，得益于 SmartCut，PolySiC 處理晶圓上粘合了一層薄薄的單晶 SiC，其設計具有超高導電性。這些電氣特性使 SmartSiC 適用于較低 RDS(on) 的器件。這些下一代設備是更優(yōu)化和更具成本效益的系統(tǒng)的基石。

總而言之，SmartSiC 將有助于提高系統(tǒng)級的功率密度，并加速采用新一代 200 毫米 SiC 晶圓，這要歸功于 10 倍的重復使用。

在最近的一次新聞發(fā)布會上，Soitec 時任首席執(zhí)行官 Paul Boudre 表示：“沒有 Soitec 技術就沒有智能手機。沒有 Soitec 技術就沒有 4G 或 5G。我們將在汽車行業(yè)做同樣的事情。到 2030 年，沒有 Soitec 技術就沒有電動汽車?！?Soitec 計劃如何在 2030 年之前實現如此雄心勃勃的目標?

Soitec 希望安裝 SmartSiC 作為 150 和 200 毫米 SiC 晶圓的市場標準。從 2018 年在格勒諾布爾的 CEA-Leti 創(chuàng)新基板中心開始，SmartSiC 的早期研發(fā)進展說服了 Soitec 投資新的制造工廠。[該設施] 于 2022 年 3 月 31 日啟動，[并將] 準備在 2023 年年中投入生產。憑借每年 50 萬片晶圓的產能，Soitec 希望在 26 財年或 2025 年實現超過 20 億美元的預期收入的高個位數百分比。

智能手機市場和汽車市場沒有可比性。Boudre 所說的“我們將做完全相同的事情”是什么意思?

我們的戰(zhàn)略是在我們所有的直接客戶之外建立合作，[延伸] 沿著汽車供應鏈，包括設計公司、一級供應商和汽車 OEM。這使 Soitec 能夠深入而全面地了解當前和未來的挑戰(zhàn)。通過這一戰(zhàn)略，我們正在設計和開發(fā)能夠為整個價值鏈帶來附加值的產品。

公司的路線圖是什么?

SmartSiC的下一個關鍵里程碑將是引入新一代襯底，通過有望減少從 PVT [物理氣相法] 獲得的標準單晶晶片的缺陷動物學，從而進一步提高器件制造良率和可靠性。運輸]過程。

碳化硅正在影響整個電動汽車行業(yè)，并將與另一種寬帶隙材料氮化鎵一起成為電子產品的核心。是什么讓 Soitec 的 SmartSiC 工程基板對 EV 具有吸引力?

與其他功率半導體相比，SmartSiC 制造和使用的碳足跡非常輕。盡管 SiC 在功率器件方面具有許多不可否認的優(yōu)勢，因此與基于 IGBT 的解決方案相比，它被強烈推薦且對環(huán)境更有利，但通過傳統(tǒng)的物理蒸汽傳輸技術生產晶錠是高度能源密集型的。這需要兩個多星期，在通常 2,300°C 到 2,400°C 的溫度下——遠高于在 1,400°C 到 1,500°C 下生長的硅——最多可以獲得 40 到 50 個晶圓。

Soitec 的專有 SmartSiC 由單晶 SiC 供體晶片的非常薄的層制成，該晶片被轉移并粘合到由多晶 SiC 制成的高導電載體晶片上。這種載體采用更高效、能耗更低的化學氣相沉積工藝制造。通過這種方法，在考慮電力電子設備生命周期(從原材料到最終組件使用)對環(huán)境的影響時，SmartSiC 確實發(fā)揮了重要作用。與同等產量的標準單晶 SiC 晶圓相比，SmartSiC 每生產 10 萬片晶圓可節(jié)省 4,000 噸 CO 2 。

SmartSiC 技術可將 150-mm 基板向 200-mm 基板的過渡加速兩到三年，同時減緩產量的增加并確保芯片生產的可用性。

通過與歐洲主要工業(yè)和研究與技術合作伙伴的合作，我們在 SmartSiC 基板上展示了結勢壘肖特基 [JBS] 二極管，使用電阻率低于 5 mΩ 的載體基板。對這些器件的電氣測量顯示，與在參考標準 SiC 晶片上制備的 JBS 二極管相比，電流增加了 20%。這一重要優(yōu)勢將幫助電力電子設備的設計人員創(chuàng)建具有更高額定電流的產品，同時保留他們現有的設計和技術，或者他們可以將總芯片面積縮小 15% 以上。除了降低芯片成本外，后一種設計策略還可以減少 10% 的開關損耗，這要歸功于柵極表面的減少。

客戶的反饋也與模型一致，并證實了二極管和 MOSFET 的預期優(yōu)勢。

Soitec 最近擴大了與 KLA Corp 的合作伙伴關系。初步結果和未來預期是什么?

SiC 材料在大部分光譜中表現出非常低的吸收系數。為了克服與可見光和紫外光譜范圍內的低 4H-SiC k 系數相關的技術障礙，基于 DUV 波長激光的檢測系統(tǒng)——KLA 的 Surfscan SP A2——將用于檢測表面缺陷。第一個實驗數據顯示 SmartSiC 基板上的檢測能力低于 0.3 μm。詳細數據將在 ICSCRM 2022 [碳化硅及相關材料國際會議，9 月 11 日至 16 日在瑞士達沃斯舉行]期間公布。

KLA 的 Surfscan SP A2 利用 DUV 光學和高級算法來支持基板質量控制。這種合作伙伴關系將使 SiC 襯底生產達到新的甚至更復雜的水平，支持行業(yè)努力將高質量的 SiC 半導體大批量帶入汽車市場。