Coherents kiselkarbidverksamhet har fått ett investeringslyft från DENSO och Mitsubishi Electric, vilket gör det möjligt för Pittsburgh-baserade Coherent att fokusera på substrat- och epi-wafernivåtillverkning för produktion av kraftelektronik med brett bandgap.
Kromdefekter i SiC kan bilda ett ordnat tre-asymmetriskt triplett-grundtillstånd med två orbitaler och ett exciterat en-singlet-dubbeltillstånd med långa T1-tider, vilket ger spinninitialisering med hög tillförlitlighet.
Substrat
Kiselkarbid (SiC) har ett extremt brett bandgap som ger högre elektriskt fält och överlägsen värmeledningsförmåga för kompakta, robusta enheter. Tillverkarna kan producera flera enheter per wafer för att minimera kostnaderna och strömförbrukningen. SiC-baserade krafthalvledare spelar en viktig roll i kraftomvandlingen för elbilar och laddhybrider samt i tillämpningar för energiinfrastruktur och högeffektsladdare för elbilar.
DENSO är en etablerad leverantör till både fordons- och elutrustningstillverkare och har länge framhållit fördelarna med SiC-substrat som en avgörande faktor för att skapa koldioxidfria samhällen genom en utbredd användning av batteridrivna elfordon - ett arbete som stöds av Coherent's stabila leverans av SiC-substrat och epi-wafers.
Coherents mål att förse kunderna med överlägsna SiC-lösningar har resulterat i lanseringen av en verksamhet för tillverkning av 200 mm SiC epi-wafers. Leveranser har redan påbörjats av 350 och 500 mikrometer tjocka substrat och epi-wafers som tillverkas med hjälp av den helt vertikalt integrerade SiC-tillverkningen, med avancerade standarder för jämnhet i tjocklek och dopning som sätter industristandarder för överlägsna SiC-krafthalvledare.
Epi-Wafers
Epitaxiala skivor av sammanhängande kiselkarbid tillverkas med hjälp av fotolitografi, jonimplantation och termisk diffusionsteknik. Handtagsskivan och den aktiva skivan sammanfogas med ett oxidskikt för användning vid tillverkning av halvledarkomponenter medan själva den epitaxiala skivan skärs i olika former och storlekar med hjälp av kemisk etsning, slipning, polering och skivning.
Coherent epitaxial wafers erbjuder snabb time-to-market, minskade kostnader och överlägsen enhetsprestanda jämfört med konkurrenterna. Används för att tillverka olika halvledarkomponenter som RF-effektförstärkare, MOSFETs, IGBTs och GaN-on-SiC HEMTs som tillverkas på dem genom tillverkning.
Epitaxiala wafers gör det möjligt för chiptillverkare att öka den användbara ytan med uppskattningsvis 1,8 gånger, vilket bidrar till att förbättra produktiviteten och sänka driftskostnaderna samtidigt som man expanderar till större wafers i linje med branschtrender som fokuserar på högre avkastning och kostnadseffektivitet. Efterfrågan från kritiska sektorer som elfordon, energiinfrastruktur och högeffektsladdare för elbilar kräver denna expansion till större wafers.
Coherents beslut att öka produktionen av 200 mm epi-wafers i SiC kommer vid en avgörande tidpunkt. Eftersom den globala kraftelektroniken baserad på SiC förväntas expandera snabbt till följd av initiativ för att begränsa klimatförändringarna och en ökad användning av elfordon, kommer tillförlitliga leveranser av SiC-substrat och epi-wafers att bli allt viktigare för en hållbar marknadsexpansion.
Apparater
Kraftelektronik tillverkad med SiC erbjuder oöverträffade prestanda jämfört med enheter tillverkade med vanligt kisel (Si). Deras högre elektriska fältstyrka, bredare bandgap och överlägsna värmeledningsförmåga möjliggör kompakta, högeffektiva enheter med minskad effektförlust och längre räckvidd i elfordon.
I takt med att efterfrågan på SiC-produkter och -kretsar har ökat har många tillverkare av materialet och kretsarna tillkännagivit stora expansionsplaner. Wolfspeed hävdade nyligen att man hade byggt världens största SiC-fabrik; Infineon presenterade nyligen planer på en ny fabrik som ska producera SiC-chip speciellt anpassade för fordonsindustrin.
Coherent har nyligen fått rubriker för att ha säkrat en investering på $1 miljard från Denso och Mitsubishi Electric för att stödja produktionen av SiC-substrat och epi-wafers. Som en del av denna transaktion kommer varje japanskt företag att få en icke-kontrollerande 12,5%-andel i Coherent samt långsiktiga leveranser av 6-tums och 8-tums SiC-substrat och epi-wafers från Coherent.
Coherent har börjat leverera substrat och epi-wafers upp till 200 mm. Linjer för bearbetning av denna större diameter har redan tagits i drift och verktyg har påbörjat kvalificeringsprocesser, vilket gör dessa wafers med högre prestanda lämpliga för tillverkning av SiC MOSFETs och IGBTs för kraftelektronik med höga temperaturer, som de som finns i laddare för elfordon (EV) samt GaN-on-SiC effektförstärkare. Dessutom hjälper dessa semiisolerande substrat tillverkarna att snabbare nå ut på marknaden och samtidigt sänka kostnaderna genom att förenkla konstruktionen av komponenterna och påskynda integrationen i slutprodukterna.
Tillämpningar
Halvledare av kiselkarbid tål högre temperaturer än kiselchip (SI), samtidigt som de ger betydligt högre energieffektivitet. Det innebär att de kan överföra och omvandla energi mer effektivt utan att förlora den som värme, vilket minskar kylbehovet för kraftelektronik samtidigt som det skapar mindre enheter som sparar utrymme, vikt och kostnad.
Denna effektivitetsökning möjliggörs av 200 mm wafers. Den större storleken ger enhetstillverkarna en 1,8 gånger större användbar yta, vilket gör att fler SiC-kraftkomponenter kan tillverkas snabbare och effektivare - och möta den ökande efterfrågan på högkvalitativ SiC-kraftelektronik från kritiska sektorer som elfordon, energiinfrastruktur och högeffektsladdare för elbilar.
DENSO och Mitsubishi Electric har investerat sammanlagt $1 miljard i Coherents SiC-halvledarverksamhet, nu känd som Silicon Carbide LLC. Varje företag investerade $500 miljoner för ett innehav utan bestämmande inflytande på 12,5 procent. Dessutom upprättades långsiktiga leveransavtal på armlängds avstånd för att stödja efterfrågan på 150 mm substrat och 200 mm epitaxiala wafers.
Sohail Khan, Executive Vice President för Wide-Bandgap Electronics på Coherent, anser att investeringen i ett eget dotterbolag kommer att göra det möjligt för företaget att maximera lärandet från ett nära samarbete med kunderna, från design av enheter eller moduler till driftsättning och leverans av tjänster. Khan är övertygad om att detta kommer att garantera att kunderna får produkter och tjänster av högsta kvalitet.
Swedish 
English