據韓媒ETnews消息，近日，韓國晶圓代工大廠東部高科（DB HiTek）聘請了一位來自安森美的功率半導體專家。

業內人士透露，東部高科聘請了安森美半導體前技術開發高級總監Ali Salih，并讓他負責氮化鎵（GaN）工藝開發。

Salih是一位功率半導體工藝開發人員，擁有約20年的行業經驗，曾在電氣與電子工程師學會 (IEEE) 上發表過有關功率半導體的重要論文。東部高科聘請Salih是為了加快GaN業務的技術開發和商業化。

這項任命旨在加強第三代功率半導體業務的技術開發和商業化。功率半導體業務目前占東部高科半導體制造（代工）業務的很大一部分，該業務正在從硅（Si）擴展到GaN和碳化硅（SiC）材料，為此聘請該位具有相關技術開發經驗的外部專家。

據悉，東部高科正努力確保第三代功率半導體的制作工藝達到可以建設生產線的水平。目前，公司正在考慮訂購GaN和SiC生產設備，為新建一條產線做準備。

東部高科計劃分別從Aprosemicon和SK Siltron的美國子公司SK Siltron CSS 采購GaN和SiC晶圓。根據市場需求，公司將確定初步生產規模，并于明年開始建設生產線。與SiC相比，GaN功率半導體的技術難度相對較低，預計將首先投入生產。

近來，東部高科有關加大SiC和GaN研發生產的消息不斷，從宣布進軍該領域，購置核心設備到引入相關人才，可以看到其進軍第三代半導體領域的決心。


韓國加大第三代半導體布局

韓企之中想要在第三代半導體領域大展拳腳的并不只有東部高科。三星此前也通過購置SiC/GaN設備和聘請擁有豐富經驗的外部專家，來加速推進其第三代半導體代工業務。

韓國的半導體產業在世界范圍來說都可以算得上高水準，但在以SiC為代表的第三代功率半導體市場中卻并沒有出現國際龍頭。

根據TrendForce集邦咨詢數據顯示，2022年SiC功率半導體主要廠商的市場份額占比TOP5分別是意法半導體（36.5%）、英飛凌（17.9%）、Wolfspeed（16.3%）、安森美（11.6%）、羅姆（8.1%），剩余廠商僅占9.6%。

在此背景下，近年來，韓國政府高度重視第三代半導體產業的發展，制定了一系列政策和計劃來推動產業創新。例如，韓國政府計劃在未來幾年內向半導體產業投入數十億美元，以支持研發和擴大產能。

現今，有不少韓企已經意識到第三代半導體的巨大市場，開始有意加強SiC/GaN產業的建設和升級。韓國的主要半導體企業，如三星和LX Semicon，都在積極投資第三代半導體技術。這些公司不僅在研發方面投入巨資，還在全球范圍內尋求合作和收購，以加速技術進步和市場拓展。

此外，韓國本土還有現代、起亞、通用等國際知名車企，隨著世界汽車向電車發展，以SiC為代表的車載第三代功率半導體擁有廣闊的發揮空間。

除了東部高科和三星，還有一些與第三代半導體產業相關的韓企在國際上擁有一定知名度：生產襯底的SK Siltron、Scenic；制造SiC長晶設備的STI和生產功率器件的TRinno Technology、Yes Power Technics（現已更名為“SK Powertech”）。

韓國企業近來在SiC/GaN功率半導體領域持續加碼，想要在第三代半導體市場分得一杯羹，但這些企業能否在強者眾多的國際市場上擁有一席之地，還需要時間來驗證。

先進半導體材料已上升至國家戰略層面

2025年目標滲透率超過50%。底層材料與技術是半導體發展的基礎科學，在2025中國制造中，分別對第三代半導體單晶襯底、光電子器件/模塊、電力電子器件/模塊、射頻器件/模塊等細分領域做出了目標規劃。在任務目標中提到2025實現在5G通信、高效能源管理中的國產化率達到50%；在新能源汽車、消費電子中實現規模應用，在通用照明市場滲透率達到80%以上。

其他國家如，美、日、歐等國都在積極進行第三代半導體材料的戰略部署，其中的重點是SiC。作為電力電子器件，SiC在低壓領域如高端的白色家電、電動汽車等由于成本因素，逐漸失去了競爭力。但在高壓領域，如高速列車、風力發電以及智能電網等，SiC具有不可替代性的優勢。

美國等發達國家為了搶占第三代半導體技術的戰略制高點，通過國家級創新中心、協同創新中心、聯合研發等形式，將企業、高校、研究機構及相關政府部門等有機地聯合在一起，實現第三代半導體技術的加速進步，引領、加速并搶占全球第三代半導體市場。

例如，美國國家宇航局（NASA）、國防部先進研究計劃署（DARPA）等機構通過研發資助、購買訂單等方式，開展SiC、GaN研發、生產與器件研制；韓國方面，在政府相關機構主導下，重點圍繞高純SiC粉末制備、高純SiC多晶陶瓷、高質量SiC單晶生長、高質量SiC外延材料生長這4個方面，開展研發項目。在功率器件方面，韓國還啟動了功率電子的國家項目，重點圍繞Si基GaN和SiC。


行業競爭格局

從產業格局看，目前全球SiC產業格局呈現美國、歐洲、日本三足鼎立態勢。其中美國全球獨大，占有全球SiC產量的70%~80%，碳化硅晶圓市場CREE一家市占率高達6成之多；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應用產業鏈，在全球電力電子市場擁有強大的話語權；日本是設備和模塊開發方面的絕對領先者。領先企業包括美國科銳（Cree）旗下的Wolfspeed、德國的SiCrystal、日本的羅姆（ROHM）、新日鐵等。

國內目前已實現4英寸襯底的量產；同時山東天岳、天科合達、河北同光、中科節能均已完成6英寸襯底的研發；中電科裝備已成功研制出6英寸半絕緣襯底。

盡管全球碳化硅器件市場已經初具規模，但是碳化硅功率器件領域仍然存在一些諸多共性問題亟待突破，比如碳化硅單晶和外延材料價格居高不下、材料缺陷問題仍未完全解決、碳化硅器件制造工藝難度較高、高壓碳化硅器件工藝不成熟、器件封裝不能滿足高頻高溫應用需求等，全球碳化硅技術和產業距離成熟尚有一定的差距，在一定程度上制約了碳化硅器件市場擴大的步伐。


如何化解第三代半導體的應用痛點

整體而言，碳化硅、氮化鎵器件市場已經初具規模，在功率和射頻應用領域完成了對硅基半導體器件的初步替代。但由于材料制備技術、器件制造與封裝工藝、動靜態測試、驅動設計優化以及可靠性等問題尚未完全解決，導致第三代半導體器件的性能大打折扣，無法完全發揮其材料本身的優勢。關鍵技術不成熟、成本居高不下，第三代半導體器件自然難以實現更大規模的商業化落地。下面我們就從碳化硅、氮化鎵器件的應用痛點出發，梳理一下國際大廠是如何攻克這些難題的。


優化封裝技術突破開關性能限制

與硅功率半導體相比，碳化硅功率器件擁有更快的開關速度、更小尺寸和更低損耗，有望在諸多應用中取代IGBT。然而受限于傳統封裝技術，碳化硅功率器件的性能優勢難以完全得到發揮。傳統封裝形式通常采用TO-247N，柵極引腳和源極引腳的寄生電感將會與寄生電容發生振蕩，從而使MOSFET導通所需的柵極電壓降低，導通速度減慢。為此，一些廠商正在尋求更完善的封裝方案，以優化器件性能，進一步挖掘碳化硅器件潛力。

貿澤電子在售的來自制造商ROHM Semiconductor的SCT3080KW7TL，是一款7引腳SiC功率MOSFET。SCT3080KW7TL采用了TO-263-7L表貼封裝，將電源源極與驅動器源極引腳分離開，可提供獨立于電源的驅動器源，有效消除了導通時源極電感對柵極電壓的影響。導通時，電流變化時間縮減，導通損耗降低；關斷時，寄生電感減少，關斷損耗也相應降低。此外，SCT3080KW7TL專有的溝槽式柵極結構將導通電阻降低了50%，輸入電容降低了35%。

具體來看，SCT3080KW7TL漏源極擊穿電壓為1.2kV，連續漏極電流為30A，具有很低的漏源導通電阻，數值為104mΩ。獨立式驅動器源極也讓SCT3080KW7TL驅動更加簡單便捷、易于并聯，有助于進一步降低應用設備的功耗。在太陽能逆變器、DC/DC轉換器、開關電源、電機驅動等領域，SCT3080KW7TL已經取得了廣泛應用。

ROHM Semiconductor另一款也在貿澤有售的BM2SC121FP2-LBZE2，則是一款準諧振AC/DC轉換器IC。該芯片同樣采用了小型表貼封裝TO-263-7L，內部集成了1700V耐壓SiC MOSFET及其柵極驅動電路。與Si-MOSFET相比，BM2SC121FP2-LBZE2將AC/DC轉換器控制IC、800V耐壓Si-MOSFET、齊納二極管、電阻器和散熱板集成在一個封裝內，極大地削減了部件數量，在小型化方面極具競爭優勢。同時，該芯片內置了高精度過熱保護功能，實現了更高的可靠性能。

此外，BM2SC121FP2-LBZE2采用了電流檢測電阻作為外部器件，IC設計簡單且高度靈活。控制電路采用準諧振方式，運行噪聲低、效率高、可軟啟動，可充分降低EMI。整體而言，BM2SC121FP2-LBZE2為大功率逆變器、AC伺服等工業設備提供了低成本、小型化、高可靠性、高效率的AC/DC轉換器解決方案。


調整驅動設計降低功率損耗

作為柵極電壓控制器件，MOSFET柵極驅動電壓的振蕩直接影響著元器件的可靠性，更甚至會造成電路故障或失效。MOSFET器件在轉換過程中，柵極與漏極之間的米勒電容將會誘發米勒振蕩，干擾柵源極電壓上升，從而延長了開關切換時間，導通損耗大幅增加，系統穩定性也隨之降低。對于SiC MOSFET而言，其出色的開關速度和性能更是加劇了米勒導通效應。因此，如何減少米勒電容、降低米勒效應的影響，成為各大廠商迫切需要解決的難題。

對此，貿澤電子在售的來自STMicroelectronics的SCTH35N65G2V-7AG提供了一種效果顯著的解決方案。SCTH35N65G2V-7AG采用了STMicroelectronics第二代碳化硅MOSFET技術，具有極低的導通電阻和優異的開關性能。該器件漏源極擊穿電壓為650V，漏源導通電阻最大67mΩ，柵極電荷和輸入電容極小，廣泛應用于開關電源、DC/DC轉換器和工業電機控制等領域。

為了緩解米勒效應，SCTH35N65G2V-7AG采用了有源米勒鉗位技術，在瞬態電壓額定值低于20V/ns時，有效地抑制了米勒振蕩，減少了開關的錯誤導通率，提高了系統穩定性。在較高瞬態電壓下，SCTH35N65G2V-7AG則通過在柵源極使用齊納保護限制振鈴，進一步優化電路輸出波形。

此外，與傳統IGBT相比，在相同額定電壓和等效導通電阻下，SCTH35N65G2V-7AG表現出更加優秀的耐高溫、低損耗性能，適用于高開關頻率應用場景，可減小無源元件的尺寸。同時，SCTH35N65G2V-7AG的導通損耗與關斷損耗均不受結溫影響。溫度從25℃上升至175℃時，該器件的導通電阻變化率明顯低于競爭產品。

STMicroelectronics另一款貿澤在售的單柵極驅動器STGAP2SICSNTR為中高功率應用提供了一個易于使用的驅動方案。該器件可在柵極驅動銅導與低壓控制接口電路間提供電流隔離，具備4A與軌到軌輸出能力。STGAP2SICSNTR提供了兩種不同的配置選項，第一配置具有獨立輸出引腳，通過使用專用的柵極電阻器獨立優化導通和關斷。第二種配置則具備單輸出引腳和米勒鉗位功能，抑制了半橋拓撲結構高速轉換時產生的柵極尖峰。總體而言，STGAP2SICSNTR為功率轉換和電機驅動器逆變器等工業應用提供了高度靈活、成本低廉的設計方法。


總結

隨著新能源汽車、電力電網和5G通信等領域迅速發展，以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體憑借著其在高壓、高溫、高頻應用中的優勢，逐漸顯露出對硅基半導體的替代作用。然而受限于傳統封裝工藝、驅動設計等技術瓶頸，第三代半導體器件散熱、可靠性方面都面臨著新的難題和挑戰。