近几年来，新能源汽车发展迅猛，与之配套的汽车功率器件也发展迅速，不少厂商开始针对汽车应用开发新的产品。比如说SiC就是一个典型，自从特斯拉在Model 3上使用之后，SiC在汽车中的用量开始增加，现在已经有不少厂商都推出了车规级的SiC产品。

东芝作为先进的半导体制造商，在SiC产品方面布局多年，目前已经推出了SiC MOSFET、SiC SBD，及SiC MOSFET模块等多种类型的产品。在PCIM Aisa 2021展上，东芝电子元件（上海）有限公司分立器件战略业务企划统括部，分立器件应用技术部门高级经理屈兴国就向我们介绍了东芝一系列SiC产品。他表示：由于SiC与硅相比耐压性更高，损耗更低，被广泛认为是下一代功率器件的材料，目前其主要应用于列车逆变器中，但随着技术不断发展，今后还有可能会在工业设备的各种光伏发电系统和电源管理系统中扮演重要角色。

推陈出新，东芝力量撬动SiC器件发展

尽管SiC器件备受业界关注，但可靠性和成本因素仍然阻碍了SiC器件的使用和市场增长。据屈兴国先生介绍，目前，市场对全SiC MOSFET的价格接受度是对IGBT或MOSFET模块价格的5倍左右，而现在全SiC MOSFET的价格是后者的10倍以上。对可靠性问题，他谈到，当电流流过位于功率MOSFET源极和漏极之间的PN二极管时，晶体缺陷会扩大，这会增加导通电阻，并降低器件可靠性。

为了应对这个问题，东芝开发了一种新型的器件结构，即肖特基势垒二极管（SBD）内嵌式MOSFET。该结构通过在MOSFET中放置一个与PN二极管并联的肖特基势垒二极管以防止PN结二极管运行；相较于PN结二极管，内嵌肖特基势垒二极管的通态电压更低，电流通过内嵌肖特基势垒二极管，可抑制导通电阻的变化。

图：东芝新型肖特基势垒二极管内嵌式MOSFET器件结构

新器件结构是对肖特基势垒二极管内嵌式MOSFET器件的修改，通过应用25%的工艺缩小和优化设计来加强肖特基势垒二极管对PN二极管中电流的抑制。与东芝目前的器件结构相比，采用了新器件结构的3300V芯片结构在175℃时的电流密度增加了一倍以上，同时并未造成任何可靠性的损失。新器件结构还可在室温下将3300V芯片的导通电阻降低约20%，并可将1200V芯片的导通电阻降低约40%。

图：东芝展示的3300V和1200V额定电压的SiC MOSFET产品

据了解，今年5月份开始，东芝采用新型器件结构的3300V碳化硅功率模块样品已经出货。

而为了提高SiC使用的性价比，东芝也研发了SiC混合模块，即将SiC SBD芯片与IGBT芯片集成在一起，这样可以利用SiC SBD芯片的快速反向恢复和低损耗的特性，增强IGBT的性能，同时降低模块的大小。目前东芝可以提供3300V，1500A的产品和1700V，1200A模块。不过，屈兴国表示，此类产品在国内的推广效果并不理想，因为国内厂商对这种折衷方案并不是太认可，国内厂商更关注纯SiC产品，他们希望可以提供最先进的方案，或是成本更低的方案，因此，SiC混合模块只能作为是一个过渡型产品来推广，未来应该会过渡到SiC MOSFET上去。

独特的IEGT器件，彰显东芝实力

除了SiC产品，在本次展会上东芝的一系列IEGT产品也吸引着观展者的目光。东芝IEGT，即Injection Enhanced Gate Transistor的简称，是东芝在上世纪90年代创造的一个名称，可以把它理解为东芝特制的IGBT。上世纪九十年代，东芝率先采用栅极注入增强技术以降低IGBT器件的静态损耗，当时东芝特意为这个名称注册了商标，并将这个名称保护起来。

屈兴国表示，东芝的IEGT大功率器件目前主要有两种类型，一类是应用在风力发电、HVDC输配电的压接式（PPI）产品；一类是主要应用于风力发电和电力机车的模块封装（PMI）产品。当然，这两类产品都可以用于工业驱动。

压接式封装的IEGT（PPI）产品具有四大优势，即内部芯片无引线键合比较容易实现高可靠性；可双面散热从而实现高散热性能；便于多颗器件串联应用；采用陶瓷外壳封装，具有防爆结构。

东芝目前是不提供IGBT／IEGT产品的驱动芯片的，客户如果想使用东芝的IGBT／IEGT产品可以使用第三方的驱动芯片，比如青铜剑、PI等厂商提供的驱动芯片。

多种功率产品，助力电子行业创新发展

当然，除了大功率器件，东芝在中小功率器件方面也有布局，比如针对直流无刷电机应用，东芝可提供高集成度的智能模块，目前的新品具备600V耐压的高可靠性，且采用了内置MOS，可实现更低的损耗，以及贴片封装，帮助客户提高生产效率。常规的过流、过温和低压保护功能也是一应俱全。

另据屈兴国介绍，东芝在汽车领域也深耕多年，在电子助力转向、刹车系统、车载空调系统、引擎／变速系统、HEV／EV应用、车载信息系统等方面都有相关产品供客户选择。

全球厂商加快发展第三代半导体SiC和GaN

这一年关于SiC扩产的消息此起彼伏，SiC的竞争已经白热化。厂商们无不摩拳擦掌，为SiC的来临做准备。

8月26日，据日经报道，日本富士电机将额外投资 400 亿日元（3.65 亿美元），以扩大功率半导体的生产，400亿中大约 250 亿日元的额外资金将用于在该公司的马来西亚工厂开始生产 8 英寸硅片，这将比之前在那里生产的 6 英寸硅片的制造效率更高。

富士电机计划在2023财年左右开始在马来西亚生产功率半导体，使用上个月硬盘媒体生产停止后腾出的洁净室和其他设施。剩余的 150 亿日元将用于其他地方的扩张，包括公司在日本的松本工厂。

400亿日元是富士电机在2022财年之前的四年中指定的1200 亿日元的基础上，从 2023 财年的原始时间框架上调，以满足意外的强劲需求。富士电机预计，包括电力半导体在内的半导体领域的销售额将从2018财年增长53%，在其五年计划的最后一年2023财年达到2100亿日元。

也是在近日，韩国半导体晶圆制造商SK Siltron宣布计划将在Bay County工厂投资 3 亿美元，SK Siltron CSS 生产由碳化硅制成的特种晶圆，可用于电动汽车的半导体功率组件。2019 年收购了密歇根州的碳化硅晶圆业务，并将 SK Siltron CSS 设立为美国子公司。

8月24日消息，昭和电工筹措了约1,100亿日元资金，拿出约700亿日元将用于扩增SiC晶圆等半导体材料产能。细项来看，昭和电工计划投资58亿日元增产使用于功率半导体的SiC晶圆以及锂离子电池材料、增产工程预计于2023年12月完工；投资59亿日元增产电子材料用高纯度气体、预计2023年12月完工；投资232亿日元提高研磨液(CMP Slurry)产能及改善质量、预估2023年12月完工；投资248亿日元增产使用于印刷电路板(PCB)的铜箔基板(CCL、Copper Clad Laminate)、感光性薄膜，预计2024年3月完工。

8月6日，富士康旗下的鸿海以25.2亿元收购旺宏位于竹科的6英寸晶圆厂，后续还要斥资数十亿元添购新设备，锁定当红的第三代半导体碳化硅（SiC）元件。据悉，这座晶圆厂以研发为主，小量生产SiC元件所需晶圆，未来也将制造SiC模组。

7月29日，意法半导体成功制造 200mm 碳化硅晶圆，此举也预示着SiC晶圆进入了8英寸时代，由于200mm晶圆的集成电路可制造面积大约是150mm晶圆的两倍，因此公司每片晶圆可取芯片数量为1.8至1.9倍，可提高成本效益。可想而知，SiC的晶圆将更加激烈。

在SiC的布局上，Cree可谓是最早、手笔最大的厂商，Cree于2019年开始建设的位于纽约州马西镇（Marcy）的碳化硅晶圆厂有望在2022年初投产，这被称作是“世界上最大”的碳化硅晶圆厂，聚焦车规级产品，是科锐10亿美元扩大碳化硅产能计划的一部分。

罗姆也计划在今后5年内投资600亿日元，将使用于EV的SiC功率半导体产能扩增至现行的5倍。

大陆方面，SiC的项目如雨后春笋，据公众号创道硬科技的不完全统计，目前国内SiC项目有104个，GaN项目43个。除了我们所熟知的SiC厂商之外，各地的SiC新项目更是层出不穷。

就看近段时间的项目，据四川眉山市国资委消息，6月10日，眉州博雅“高性能闪烁晶体项目”二期建筑工程3号车间封顶，转入装饰装修阶段。而这个二期项目主要用于扩产和碳化硅的研发生产。

8月1日，安徽微芯长江碳化硅项目建设工程封顶。据山西省商务厅网站公告，8月10日至13日，第三代半导体SiC实验室项目与阳城开发区负责人达成合作协议，将建设SiC实验室等产业基地，总投资175亿元，启动资金8000万元，建设实验室等约2000平方米，总占地300亩，形成月产5000片碳化硅功率芯片制造能力。

8月18日总投资25亿元的上海天岳碳化硅半导体材料项目开工，达产后，形成年产导电型碳化硅晶锭2.6万块，对应衬底产品30万片的生产能力。8月20日，东尼电子公告，公司同意增加经营范围：碳化硅半导体材料、节能型太阳能胶膜、线路板的生产。

GaN领域今年的新项目也不少，8月10日，封测巨头晶方科技1000万美元投资以色列半导体领域第三代氮化镓设备龙头VisIC，布局第三代半导体。

8月24日，宏光照明也投资了VisIC，日前，宏光还宣布即将改名为“宏光半导体”，这次改名宣告宏光正式跨入新的第三代半导体时代，而且宏光半导体已经引入移动电源的两大客户罗马仕与鸿智电通。

8月11日，大连金普新区管委会与深圳正威集团签署总投资达300亿元的战略合作协议，根据协议，双方将合作建设以氮化镓半导体为核心的第三代半导体产业基地。

8月14日，赛微电子表示其GaN 业务子公司聚能创芯的GaN芯片产线正在建设过程中，公司在GaN外延晶圆、GaN芯片方面均已有成熟的系列化产品，正以“虚拟IDM”模式在进行全产业链布局。

文章来源： 电子科大长三角校友会，钛 媒体