Företag inom halvledarområdet kiselkarbid

Den tekniska revolutionen har lyft många branscher till nya nivåer och skapat revolutionerande teknik som gynnar mänskligheten på många sätt.

Strömförsörjningsenheter tillverkade av kiselkarbid håller snabbt på att revolutionera marknaden. De viktigaste fördelarna är högre kopplingsprestanda och minskade förluster, mindre effektkonstruktioner med högre effektivitet, lättare konstruktioner och kostnadsbesparingar under ställverkens livscykel.

Om halvledare

Halvledare av kiselkarbid är viktiga komponenter i många högteknologiska produkter, bland annat laddare för elfordon, system för kraftomvandling och energiinfrastruktur. Kiselkarbidchip är konstruerade för att vara mer energieffektiva än sina motsvarigheter i kisel och möjliggör högre spänningar med lägre energiförbrukning - vilket samtidigt förbättrar batteritiden och körsträckan.

Halvledare är material med egenskaper som gör att de kan växla mellan ledande och isolerande tillstånd beroende på deras inre struktur. En viktig indikator på halvledares ledningsförmåga eller förmåga att isolera är deras bandgap, som mäter hur mycket energi som krävs för att övergå mellan ledande och isolerande tillstånd. Kiselkarbid har ett mycket bredare bandgap än traditionellt kisel, vilket gör det mer lämpligt för elektriska tillämpningar.

Kiselkarbid kan användas i många olika applikationer. Kiselkarbid, som finns både som pulver och i enkristallform, kan dopas med kväve och fosfor för att skapa halvledare av n-typ eller kombineras med beryllium, gallium och bor för att skapa halvledare av p-typ; dessutom används den ofta som en effektiv ersättning för metaller i elektroniska apparater för höga temperaturer.

Från och med 2018 ägde 75% av den globala halvledarproduktionen rum i Östasien. Denna koncentration innebär betydande risker för industrin; en naturkatastrof eller ett handelsembargo kan allvarligt störa leveranskedjans verksamhet. Grafit med hög renhet är avgörande i epitaxiala tillväxtprocesser eftersom det säkerställer att reaktorkamrarna förblir fria från föroreningar som är nödvändiga för att producera epitaxiala lager av hög kvalitet.

Infineon Technologies

Tyska Infineon Technologies tillhandahåller halvledare för en rad olika tillämpningar. I sortimentet ingår mikrokontroller och integrerade kretsar för effekthantering som hjälper tillverkare att skapa energieffektiva produkter, med chip som klarar spänningar på upp till 650 V - perfekt för fordons- och industrianvändning. Infineon har blivit en internationell ledare inom kraftelektronik - ett område som är avgörande för att minska koldioxidutsläppen.

MOSFET-chip i kiselkarbid (SiC) från CoolSiC gör det möjligt för kunderna att styra hastigheten och effekten hos elektriska motorer för förbättrad bränsleeffektivitet, särskilt hos motorer som arbetar vid mycket höga temperaturer och i tuffa miljöer. CoolSiC-tekniken har dessutom högre effektivitet och tillförlitlighet jämfört med motsvarande kiselkretsar, samtidigt som den är mindre för användning i små paket som väger mindre och alstrar mindre värme.

Infineons halvledare med brett bandgap ger förbättrad energieffektivitet som främjar minskade koldioxidutsläpp. Deras CoolSiC XHP2 högprestandamoduler har upp till 10 gånger högre skydd mot termomekanisk stress och högre effekttäthet jämfört med jämförbara kiselprodukter.

I takt med att de globala ansträngningarna för att minska koldioxidutsläppen intensifieras investerar Infineon kraftigt i sin kapacitet för SiC-enheter baserade på galliumnitrid (GaN). Som en del av denna expansion kommer fabriken i Kulim, Malaysia, att bli världens största 200 mm SiC Power Fab; design wins till ett värde av $5 miljarder euro är säkrade från befintliga och nya kunder, inklusive sex fordonstillverkare samt de som arbetar med laddning, installation av solpaneler och batteribildning - totalt 1 miljard euro i förskottsbetalningar som redan erhållits för expansionen.

STMicroelectronics

STMicroelectronics (NYSE: STM) är ett internationellt halvledarföretag med en branschledande portfölj som används inom en rad olika elektroniska tillämpningar. Detta globala chiptillverkarföretag, som bildades genom en sammanslagning 1987 av de berömda italienska halvledarföretagen SGS Microelettronica och franska Thomson-CSF, är nu världens nionde största omsättningsleverantör och har ett av de mest kompletta produktsortimenten för halvledare på marknaden - sensorer och kraftteknik, fordonsprodukter och inbyggda processlösningar är några av dess omfattande produkterbjudanden. STMicroelectronics bedriver global verksamhet genom anläggningar för tillverkning av halvledarkomponenter (wafertillverkning och montering och testning) samt avancerade FoU-centra och försäljningskontor runt om i världen.

Kiselkarbid, mer känt under sitt industriella namn karborundum, är en hård kemisk förening bestående av kisel och kol som fungerar som en halvledare med brett bandgap, vilket innebär att den växlar smidigare mellan ledande och isolerande tillstånd än konventionellt halvledarkisel som används för saker som elektriska koppartrådar eller keramiska skottsäkra västplattor. Kiselkarbid finns naturligt som ädelstenen moissanite, men produceras också för användning som slipmaterial, elektroniska apparater som kristalldioder för radiodetektorer eller solceller - eller kärnbränsle.

ST var först med att introducera SiC-dioder och MOSFET:er på marknaden 2004 respektive 2009 och tillverkar idag en bred portfölj av SiC-krafthalvledare för medel- och högspänning, från JFET:er på upp till 650 V till Schottky-dioder på upp till 1200 V - utöver andra kraftkomponenter - för massproduktion.

Wolfspeed

Wolfspeed, en halvledartillverkare baserad i Triangeln, tillverkar halvledare av kiselkarbid som ger förbättrad effektivitet, minskad storlek och lägre systemkostnader i många olika branscher. Deras kraftelektronik finns i elfordon och snabbladdningsstationer, applikationer för förnybar energi, kraftelektroniksystem och kraftelektronikapplikationer samt militär användning; medan deras RF-enheter används inom telekommunikation, militär och RF-applikationer. Wolfspeed var pionjärer inom produktion av 200 mm wafers, vilket möjliggör fler chip (die) från varje substrat.

Regeringen erkänner betydelsen av inhemsk produktion av kiselkarbid, ett av 17 kritiska material som identifierats av handelsdepartementet som kritiska för ren energiteknik och nationell säkerhet. I maj 2022 tillkännagav Biden-Harris-administrationen sina planer på att investera mer än $1 miljard i att bygga en 200 mm tillverkningsanläggning för kiselkarbid (SiC) vid Marcy Nanocenter på State University of New York Polytechnic Institute campus i norra delen av Oneida County.

Wolfspeed kan uppleva kortsiktiga bakslag, men långsiktiga utsikter och dess närvaro på en expanderande marknad kan så småningom leda till bättre lönsamhet och aktiekursvinster. Man bör dock komma ihåg att halvledarindustrin tenderar att vara mycket cyklisk - varje nedgång i efterfrågan kan bromsa dess expansion.