탄화규소 반도체 재료

3세대 반도체는 우수한 성능과 더 넓은 적용 시나리오를 가지고 있습니다.. 전자정보기술 발전의 근간으로, 반도체 재료는 여러 세대의 변화를 거쳤습니다.. 애플리케이션 시나리오의 더 높은 요구 사항, 3세대 반도체 재료, 탄화규소와 질화갈륨으로 대표되는, 점차적으로 산업화 및 가속화된 출시 단계에 진입했습니다.. 이전 2세대에 비해, 실리콘 카바이드는 고전압 저항과 같은 우수한 성능을 가지고 있습니다., 고온 저항 및 저손실, 고온 제조에 널리 사용됩니다., 고주파, 고출력 및 내방사선 전자 장치.

탄화규소 장치에는 다양한 응용 분야가 있습니다.. 열전도율이 높기 때문에, 높은 항복 전계 강도 및 높은 전류 밀도, 실리콘 카바이드 재료를 기반으로 한 반도체 소자는 자동차와 같은 많은 산업 분야에서 사용될 수 있습니다., 충전 장치, 휴대용 전원 공급 장치, 통신 장치, 로봇 팔, 그리고 비행 기계. 적용 범위가 점점 더 대중화되고 심화되고 있습니다., 응용 가능성이 매우 광범위합니다., 매우 귀중한 자료.

탄화규소의 장점 분석

3세대 반도체 물질의 금지 대역 폭은 처음 2세대보다 훨씬 큽니다.. 1세대와 2세대 반도체는 협대역 갭 반도체, 3세대 반도체부터, 광대역 (2.2eV보다 큰 밴드 갭) 반도체 재료가 대량으로 사용되기 시작했습니다.. 탄화규소, 3세대 반도체의 대표주자로, 이상을 가지고 있습니다 200 공간 구조, 다른 구조는 다른 밴드 갭 값에 해당합니다., 일반적으로 2.4eV와 3.35eV 사이. 광대역 외에도, 탄화규소 재료는 또한 높은 항복 전계 강도의 장점이 있습니다, 높은 포화 드리프트 속도 및 높은 안정성, 최대 전력.

광대역: 재료 안정성 및 파괴 전계 강도 향상

금지 대역 폭은 재료 속성을 결정합니다., 더 나은 성능을 향상시키는 넓은 금지 대역. 넓은 대역폭은 반도체 성능의 중요한 지표입니다.. 더 넓은 대역은 더 높은 여기 요구 사항을 의미합니다., 즉., 전자와 정공의 더 어려운 형성, 이는 작동할 필요가 없을 때 절연체와 같은 특성을 유지하는 광대역 갭 반도체를 생성합니다., 그것은 또한 그들을 더 안정적으로 만듭니다, 광대역은 또한 항복 전계 강도를 개선하는 데 도움이 됩니다., 이는 차례로 작동 환경을 견딜 수 있는 능력을 향상시킵니다., 더 나은 열과 고전압 저항에 반영된 대로, 내방사선성.

광대역 시스템에서 전도대와 가전자대 사이의 높은 에너지 차이는 여기 후 전자와 정공의 합성 속도를 감소시킵니다., 더 많은 전자와 정공이 전도도 또는 열 전달에 사용될 수 있도록 합니다., 이것은 탄화규소의 열 및 전기 전도성이 더 강한 이유 중 하나입니다..

 

이러한 특성을 바탕으로, 탄화규소 장치는 더 높은 강도에서 작동할 수 있으며 더 빨리 열을 발산할 수 있습니다., 더 높은 최종 작동 온도로. 고온 저항 특성으로 인해 전력 밀도가 크게 증가하는 동시에 방열 시스템에 대한 요구 사항이 감소할 수 있습니다., 더 가볍고 작은 터미널 허용. 탄화규소의 높은 금지 대역 폭은 또한 탄화규소 장치가 실리콘 장치보다 훨씬 적은 전류를 누출할 수 있도록 합니다., 전력 손실을 줄임으로써; 실리콘 카바이드 장치는 종료 프로세스 동안 전류 후행이 없습니다., 결과적으로 스위칭 손실이 낮고 실제 애플리케이션의 스위칭 주파수가 크게 증가합니다..

높은 항복 전압: 더 넓은 작동 범위 및 전력 범위 제공

항복 전압이 높을수록, 더 큰 작동 범위 및 전력 범위. 항복 전압은 유전체가 파괴되는 전압을 나타냅니다.. 반도체용, 항복 전압에 도달하면, 반도체는 내부 구조의 파괴로 인해 유전 특성을 잃고 작동 불가 상태가 됩니다., 지휘자의 그것과 유사하다. 그러므로, 더 높은 항복 필드는 더 큰 작동 범위와 전력 범위를 의미합니다., 즉., 고장 필드가 높을수록, 더 나은.

실리콘 카바이드 장치가 더 강력합니다., 더 작은, 에너지 손실이 적습니다. 높은 항복 전압 때문에, 실리콘 카바이드는 고전력 장치의 제조에 널리 사용될 수 있습니다., 실리콘 기반 반도체로 대체할 수 없는 장점. 탄화규소의 더 높은 항복은 탄화규소 전력 장치가 더 얇고 더 많이 도핑된 장벽 층을 가질 수 있도록 합니다., 동일한 요구 사항에 대해 장치를 더 얇게 만들기 위해 탄화규소 재료를 사용할 수 있습니다., 공간을 절약하고 단위 에너지 밀도를 높이는 역할을 할 수 있습니다.. 게다가, 높은 항복 필드는 또한 실리콘 카바이드가 외부 전압에서 더 낮은 온 저항을 갖도록 합니다., 낮은 온 저항은 낮은 에너지 손실을 의미합니다..

높은 포화 드리프트율: 적은 에너지 손실

탄화규소는 내부 구조로 인해 포화 드리프트율이 더 높습니다.. 이론적으로, 드리프트 속도는 외부 전기장의 증가에 따라 무한정 증가할 수 있습니다., 그러나 실제로, 인가된 전기장이 증가함에 따라, 재료 내부의 캐리어 간의 충돌도 증가합니다., 그래서 포화 드리프트 속도가 있습니다. 탄화규소의 경우, 내부 구조는 충돌 버퍼링에 매우 뛰어납니다., 그래서 포화 드리프트 비율이 더 높습니다..

높은 포화 드리프트율로 에너지 손실 감소. 높은 포화 드리프트 속도는 더 빠른 캐리어 이동 및 더 낮은 저항을 의미합니다.. 이는 또한 탄화규소 재료에서 훨씬 더 낮은 에너지 손실을 초래합니다.. 실리콘에 비해, 동일한 크기의 탄화규소 기반 MOSFET은 1/200 낮은 온 저항 및 1/10 실리콘 기반 MOSFET보다 작은 크기, 동일한 크기의 탄화규소 기반 MOSFET을 사용하는 인버터는 1/4 실리콘 기반 IGBT에 비해 총 에너지 손실의. 이러한 특성은 다음을 강력하게 지원합니다. 탄화규소 적용 PV 인버터 및 고주파 장치의 재료.

실리콘 카바이드 산업 체인

외국 제조업체는 대부분 IDM 모드로 배치됩니다., 국내 기업은 개별 연계에 집중하는 반면. 실리콘 카바이드 산업 체인은 다음과 같이 나눌 수 있습니다.: 기판, 에피택시, 장치, 그리고 최종 용도. 대부분의 외국 기업은 IDM 모드에 있습니다., 울프스피드와 같은, Rohm 및 STMicroelectronics (성), 국내 기업들은 싱글링크 제조에 집중하는 반면, 기판 분야의 Tianke Heda 및 Tianyue Advanced와 같은, 에피텍셜 분야의 Hantian Tiancheng 및 Dongguan Tiandian, 장치 분야의 Starr Peninsula와 Tyco Tianrun.

기판과 에피택시는 다음을 설명합니다. 70% 탄화규소 장치의 비용. 재료 준비의 어려움으로 인해, 낮은 수율과 작은 생산 능력, 현재 산업 체인의 가치는 기판 및 에피텍셜 부품에 집중되어 있습니다., 프런트엔드 부분이 차지합니다. 47% 그리고 23% 탄화규소 장치의 비용, 백엔드 디자인은, 제조 및 포장 부문만 차지합니다. 30%.

탄화규소의 하류 사용

새로운 에너지 차량

새로운 에너지 차량 부문은 SiC 전력 장치의 엄청난 증가를 가져올 것입니다.. 새로운 에너지 차량에서, SiC 장치는 주로 메인 드라이브 인버터에 사용됩니다., OBC (온보드 충전기), DC-DC 온보드 전력 변환기 및 고전력 DCDC 충전 장치. 주요 자동차 제조사의 800V 전압 플랫폼 도입으로, 모터 컨트롤러의 메인 드라이브 인버터는 고전류 및 고전압 수요를 충족하기 위해 필연적으로 실리콘 기반 IGBT를 사용하는 SiC-MOS로 교체될 것입니다., 엄청난 성장 공간을 가져올 것입니다..

모터 컨트롤러의 전원 모듈이 담당합니다. 8% 차량 가격 중. 전원 배터리에서 출력되는 고전압 DC 전력을 가변 주파수 및 전류를 갖는 3상 AC 전력으로 변환하는 역할을 담당합니다., 구동 모터에 전원 공급, 모터의 속도와 토크를 변경, 모터에서 공급된 3상 AC 전원을 DC 전원으로 정류하여 에너지 회수 시 전원 배터리를 충전하는 단계. 전원 모듈은 다음을 담당합니다. 41% 그 비용의, 또는 8% 차량 비용 중.

탄화규소 장치를 사용하면 다음과 같은 이점이 있습니다.:

1) 향상된 가속. 실리콘 카바이드 장치를 사용하면 구동 모터가 저속에서 더 높은 입력 전력을 견딜 수 있습니다., 그리고 열 성능이 높기 때문에, 과도한 전류로 인한 열 효과 및 전력 손실을 두려워하지 않습니다.. 이를 통해 차량이 시동될 때 구동 모터가 더 많은 토크를 전달할 수 있습니다., 그 결과 가속력이 더 커진다.

SiC 장치는 온/오프 차원 모두에서 손실을 줄여 전기 자동차의 주행 거리를 늘리는 데 사용할 수 있습니다.. 인피니언의 연구 데이터에 따르면, SiC-MOS 턴오프 손실은 약 20% 25°C 접합 온도에서의 Si-IGBT, 그리고 10% 175°C 접합 온도에서 Si-IGBT. 전반적인, 신에너지 차량에 SiC 장치를 사용하면 다음과 같이 주행 거리를 늘릴 수 있습니다. 5-10%.

3) 경량화. SiC의 우수한 성능 덕분에, SiC 장치는 다음과 같은 측면에서 크기를 줄일 수 있습니다.: 1) 더 작은 패키지 크기, 2) 필터와 변압기와 같은 수동 부품이 적습니다., 커패시터, 인덕터, 등., 3) 더 작은 방열판 크기, 그리고 4) 같은 범위 내에서는 배터리 용량이 적습니다.. Rohm이 설계한 SiC 인버터, 예를 들어, 메인 인버터의 크기를 다음과 같이 줄입니다. 43% 그리고 무게는 6 모든 SiC 모듈을 사용하여 kg.

4) 시스템 비용 절감. 현재, SiC 장치는 4-6 실리콘 기반 장치보다 몇 배 더 비쌉니다., 그러나 SiC 장치를 사용하면 배터리 비용이 크게 절감되고 주행 가능 거리가 늘어납니다., 결과적으로 전체 차량 비용이 절감되었습니다.. SiC-MOS 구동 인버터의 비용 ​​증가는 약 $75-$200, 하지만 배터리로 인한 비용 절감, 수동 부품, 그리고 냉각 시스템은 $525-$850, 시스템 비용의 상당한 감소. 동일한 마일리지에 대해, SiC 인버터는 최소한 절약할 수 있습니다. $200 차량당.

태양광 인버터

실리콘 카바이드 전력 장치는 PV 인버터의 변환 효율을 향상시키고 에너지 손실을 줄일 수 있습니다. 태양광 발전에, 실리콘 기반 장치를 기반으로 하는 기존 인버터는 현재 약 10% 시스템 비용, 그러나 시스템 에너지 손실의 주요 원인 중 하나입니다.. SiC-MOS를 모재로 사용하여, PV 인버터의 변환 효율을 높일 수 있습니다. 96% 이상으로 99%, 에너지 손실을 이상으로 줄일 수 있습니다. 50%, 장비의 수명을 연장할 수 있습니다. 50 타임스, 따라서 시스템 크기 감소, 전력 밀도 증가, 장치 수명 연장, 그리고 생산비 절감. 고효율, 높은 전력 밀도, 높은 신뢰성과 저렴한 비용은 PV 인버터의 미래 추세입니다.. 실리콘 카바이드 제품은 스트링 및 중앙집중형 PV 인버터의 실리콘 기반 장치를 점진적으로 대체할 것으로 예상됩니다.. 현재, PV 분야에서 국내 실리콘 카바이드 PV 인버터 적용은 거의 없습니다., 하지만 전 세계에는 이미 실리콘카바이드 PV 인버터를 사용하는 PV 인버터 회사가 있습니다., 스페인 Ingeteam의 TLM 시리즈 등.

철도 운송

철도 운송, 전력 반도체 장치는 철도 차량에 널리 사용됩니다., 트랙션 컨버터 포함, 보조 변환기, 메인 및 보조 컨버터, 전력 전자 변압기, 그리고 충전기. 그 중, 트랙션 컨버터는 기관차의 고출력 AC 전송 시스템의 핵심 장비입니다.. 철도 운송 견인 변환기에 탄화규소 장치를 적용하면 고온을 크게 발휘할 수 있습니다., 탄화규소 소자의 고주파 및 저손실 특성, 견인 변환기 장치의 효율성을 향상시킵니다., 고용량 수요를 충족시키다, 철도 운송을 위한 경량 및 에너지 절약형 견인 변환기 장치, 시스템의 전반적인 효율성을 향상시킵니다..

스마트그리드

스마트그리드에서는, 다른 전력 전자 장치에 비해, 전력 시스템에는 더 높은 전압이 필요합니다, 더 높은 전력 용량 및 더 높은 신뢰성. DC 전송, 스마트 그리드의 발전과 변화를 촉진하기 위한 고전압 DC 송전 및 배전 시스템.

RF장

RF 장치에서, 탄화규소 기판을 기반으로 한 GaN RF 장치는 탄화규소의 높은 열전도율과 고주파 대역에서 GaN의 고출력 RF 출력이라는 장점을 가지고 있습니다., GaAs 및 실리콘 기반 LDMOS 소자의 고유한 결함을 극복하여 고주파 성능 및 고전력 처리 능력에 대한 5G 통신 요구 사항을 충족합니다.. GaN 기반 RF 장치는 5G 전력 증폭기의 주류 기술 경로가 되었습니다., 특히 매크로 기지국 전력 증폭기의 경우.

탄화규소 기판의 글로벌 시장 공간 계산

탄화규소 기판은 탄화규소 장치를 준비하는 데 필수적이며 현재 탄화규소 장치 중 가장 비용이 많이 드는 부분입니다.. 여기, 우리는 탄화 규소 기판에 대한 세계 시장 공간과 기판 수요를 다음과 같이 추정합니다. 2021 에게 2025 신에너지 차량 및 태양광 발전 분야에서, 이 기준을 바탕으로 실리콘 카바이드 기판의 전체 시장 공간과 기판 수요를 예측합니다..

새로운 에너지 차량: 25 년 수요에 도달할 수 있습니다 3 백만 조각, 이상의 시장 공간 10 억 위안

신에너지 자동차 시장 전망을 위해, 우리는 주요 매개변수에 대해 다음과 같은 가정을 합니다.:

현재 6인치 실리콘카바이드 평균 가격은 1000 우리를. 불화, ~에 대한 6400 원 / 조각, 6인치 기술 경로의 향후 개발과 규모의 경제 형성으로 인해, 탄화규소 가격은 전반적으로 하락세를 보일 것으로 예상된다., 특정 가격 추세에 대한, 우리 2021-2025 기판 가격 하락은 다음 세 가지 가정에서:

• 1) 10% 절감;
• 2) 15% 절감;
• 3) 20% 절감.

차량당 소비되는 기판 수: 향후 가격 하락을 고려하여 신에너지 자동차에 실리콘 카바이드의 적용이 점차 늘어날 것입니다., 현재 모델을 기반으로 3 단일 차량 48 실리콘 카바이드 MOSFET 칩, 자동차 한 대에 사용되는 6인치 기판의 수는 약 0.16 조각들, 그리고 점차적으로 성장하여 0.4 조각 2025.

침투율: 보급률은 전체 신에너지차 판매량 중 SiC 디바이스를 이용한 신에너지차 판매량의 비율로 정의된다.. 14% 침투율 2021 그리고 6% 보급률 증가는 다음과 같이 예상됩니다. 2021-2025.

위의 데이터와 가정을 결합하여, 에서 10%/15%/20% 가격 인하 기대, 신에너지 차량 분야의 탄화규소 기판 시장은 다음과 같습니다. 12.8/10.2/80 억 위안, 해당 기판 수요가 도달할 것입니다. 3.04 백만 조각.

태양광 분야: 25 년 이상의 수요 500,000 조각들, 시장 공간 2 억 위안

글로벌 신규 설치 용량: 실리콘 카바이드 기판은 주로 PV 산업의 PV 인버터에 사용됩니다., 전 세계적으로 137GW의 설치 용량을 보유하고 있습니다. 2020 올해에는 400GW를 넘어설 것으로 예상된다. 2025, 400GW 기준. 2021 데이터는 선샤인파워 연차보고서의 관련 데이터를 변환한 것입니다., 이는 약 156GW이다..

IGBT 비용 비율: 투자설명서에 공개된 데이터에 따르면, 실리콘 기반 IGBT의 비용 비율은 약 10% PV 인버터의 총 비용 중, 실리콘 기반 IGBT의 비용 비율은 향후 몇 년 동안 변하지 않을 것으로 가정됩니다..

인버터 가격: ~ 안에 2021, Sunshine Power의 PV 인버터의 재료는 기본적으로 실리콘 기반 재료입니다., 판매량 47GW, 사업수익 RMB 9.05 10억, 따라서 실리콘 기반 PV 인버터의 가격은 약 RMB 0.19/W입니다.. (주)선샤인파워의 인버터 가격 변동 자료에 따르면 2017 에게 2021, 평균 연간 가격은 약 RMB 0.02/W 감소합니다.. 그러므로, 앞으로 가격은 점차 하락할 것으로 예상됩니다.. 그러므로, 앞으로 가격은 점차 하락할 것으로 예상됩니다., 가격이 하락하는 비율로 하락할 것이라고 가정 0.02 위안/W 연간 0.13 위안/W.

탄화규소 / 실리콘 가격 비율: 현재 실리콘 카바이드 장치와 실리콘 기반 장치의 가격 비율은 약 4, 향후에는 원가대체율이 낮아질 것으로 예상됩니다., 하락 비율은 가격 변화와 양의 상관관계가 있어야 합니다., 따라서 비용대체율은 매년 감소한다고 가정한다..

기판 비용 비율: 현재 기판 비율은 46%, 비율은 의 비율로 감소할 것으로 예상된다. 3% 연간.

침투율: 여기서 보급률은 전체 인버터 중 탄화규소 PV 인버터가 차지하는 비율을 의미합니다.. CASA 데이터 참조, 침투율은 10% ~에 2021, 의 속도로 성장할 것으로 예상됩니다. 10% 연간. 에 의해 2025, 침투율은 도달할 것이다 50%.

위의 데이터와 가정을 결합하여, 다음 표는 시장 공간이 CAGR로 성장할 것임을 보여줍니다. 39% 수요는 CAGR로 증가할 것입니다. 58%. 에 의해 2025, 시장 공간이 도달할 것이다 2 10억 위안, 기판 수요가 초과될 것입니다. 500,000 조각들.

전체 시장 추정

Wolfspeed 투자자 보고서에 따르면, 신에너지 자동차의 비중 + 탄화규소 전체 시장에서 태양광발전은 77% ~에 2021, 도달할 것으로 예상됩니다. 86% ~에 2027. 그러므로, 예측 중 이 부분의 시장 점유율은 다음과 같습니다. 77% ~에 2021, 도달할 것으로 예상됩니다. 85% ~에 2025, 을 기반으로 2% 연간 성장률. 위의 데이터에 따르면, 글로벌 실리콘 카바이드 기판의 전체 시장 규모는 1.9 10억 위안 14.3 10억 위안에서 2021 에게 2025, 수요는 다음과 같이 증가할 것입니다. 300,000 조각 4.2 백만 조각.

실리콘 카바이드 업스트림 공급업체

중국의 선도적인 탄화규소 원료 공급업체로서, 허난 우수한 연마재 수입 & 수출(주), 주식회사. 꾸준히 고품질을 공급해왔습니다. 블랙 실리콘 카바이드 그리고 녹색 실리콘 카바이드 전 세계의 많은 탄화규소 회사에, 우리 시장은 미국을 포괄합니다, 캐나다, 멕시코, 페루, 칠레, UAE, 사우디 아라비아, 러시아, 스페인, 남아프리카, 동남아시아, 등. 혹시 수요가 있으시면 실리콘 카바이드 마이크로 파우더, 실리콘 카바이드 매크로 그릿, 실리콘 카바이드의 최신 제안을 받으려면 저희에게 연락하십시오. 2022.