Silisyum karbür yarı iletken malzemeler

Üçüncü nesil yarı iletkenler üstün performansa ve daha geniş uygulama senaryolarına sahiptir. Elektronik bilgi teknolojisinin gelişiminin temeli olarak, yarı iletken malzemeler birkaç nesil değişim geçirdi. Uygulama senaryolarının daha yüksek gereksinimleri ile, üçüncü nesil yarı iletken malzemeler, silisyum karbür ve galyum nitrür ile temsil edilir, yavaş yavaş sanayileşme ve hızlandırılmış serbest bırakma aşamasına girdiler. Önceki iki nesil ile karşılaştırıldığında, silisyum karbür, yüksek voltaj direnci gibi üstün performansa sahiptir, yüksek sıcaklık direnci ve düşük kayıp, ve yüksek sıcaklık yapımında yaygın olarak kullanılır, yüksek frekans, yüksek güç ve radyasyona dayanıklı elektronik cihazlar.

silisyum karbür Cihazların geniş bir uygulama yelpazesi vardır. Yüksek ısı iletkenliği nedeniyle, yüksek arıza elektrik alan gücü ve yüksek akım yoğunluğu, silisyum karbür malzemelere dayalı yarı iletken cihazlar, otomobiller gibi birçok endüstriyel alanda kullanılabilir., şarj cihazları, taşınabilir güç kaynakları, iletişim araçları, robotik kollar, ve uçan makineler. Uygulamasının kapsamı giderek daha popüler hale geliyor ve derinleşiyor, çok geniş bir uygulama olanakları yelpazesidir, çok değerli malzemeler.

Silisyum karbürün avantajlarının analizi

Üçüncü nesil yarı iletken malzemenin yasak bant genişliği, ilk iki nesilden çok daha büyüktür.. Birinci ve ikinci nesil yarı iletkenler dar bant aralıklı yarı iletkenlerdir., üçüncü nesil yarı iletkenlerden, geniş bant (2.2eV'den büyük bant aralığı) yarı iletken malzemeler çok sayıda kullanılmaya başlandı. silisyum karbür, üçüncü nesil yarı iletkenlerin tipik bir temsilcisi olarak, daha fazlası var 200 mekansal yapılar, ve farklı yapılar farklı bant aralığı değerlerine karşılık gelir, genellikle 2.4eV ile 3.35eV arasında. Geniş banda ek olarak, silisyum karbür malzemeler ayrıca yüksek kırılma alanı gücü avantajlarına sahiptir, yüksek doygunluk kayma oranı ve yüksek kararlılık, ve maksimum güç.

Geniş bant: malzeme stabilitesini ve arıza alan gücünü iyileştirin

Yasak bant genişliği malzeme özelliklerini belirler, daha iyi performansı artırmak için geniş yasak bant. Geniş bant genişliği, yarı iletken performansının önemli bir göstergesidir.. Daha geniş bir bant, daha yüksek uyarma gereksinimleri anlamına gelir, yani, elektronların ve deliklerin daha zor oluşumu, bu, çalışması gerekmediğinde yalıtkan benzeri özellikleri koruyan geniş bant aralıklı yarı iletkenlerle sonuçlanır., bu da onları daha kararlı hale getirir, ve geniş bir bant ayrıca arıza elektrik alan gücünü artırmaya yardımcı olur, bu da çalışma ortamına dayanma yeteneğini geliştirir, daha iyi ısı ve yüksek voltaj direncinde yansıtıldığı gibi, radyasyon direnci.

Geniş bant sisteminde iletim bandı ile değerlik bandı arasındaki yüksek enerji farkı, uyarma sonrası elektronların ve deliklerin bileşik oranını azaltır., iletkenlik veya ısı transferi için daha fazla elektron ve deliğin kullanılmasına izin verir, silisyum karbürün daha güçlü termal ve elektriksel iletkenliğinin nedenlerinden biri olan.

 

Bu özelliklere dayanarak, silisyum karbür cihazlar daha yüksek yoğunluklarda çalışabilir ve ayrıca ısıyı daha hızlı dağıtabilir, daha yüksek nihai çalışma sıcaklıkları ile. Yüksek sıcaklık direnci özellikleri, ısı yayma sistemleri için gereksinimleri azaltırken güç yoğunluğunda önemli bir artışa yol açabilir., daha hafif ve daha küçük terminallere izin verir. Silisyum karbürün yüksek yasaklı bant genişliği ayrıca silisyum karbür cihazların silikon cihazlardan önemli ölçüde daha az akım sızdırmasına izin verir., böylece güç kaybını azaltır; Silisyum karbür cihazlar, kapatma işlemi sırasında akım izlemez, Düşük anahtarlama kayıplarına neden olur ve pratik uygulamaların anahtarlama sıklığını önemli ölçüde artırır.

Yüksek Arıza Gerilimi: Daha Büyük Çalışma Aralığı ve Güç Aralığı Getirme

Arıza voltajı ne kadar yüksek olursa, çalışma aralığı ve güç aralığı ne kadar büyükse. Arıza voltajı, dielektrikin bozulduğu voltajı ifade eder.. yarı iletkenler için, arıza gerilimine ulaşıldığında, yarı iletken dielektrik özelliklerini kaybeder ve iç yapısının tahrip olması nedeniyle çalışamaz hale gelir., iletkeninkine benzer. Öyleyse, daha yüksek arıza alanı, daha geniş çalışma aralığı ve güç aralığı anlamına gelir, yani, arıza alanı ne kadar yüksekse, daha iyi.

Silisyum karbür cihazlar daha güçlüdür, daha küçük, ve daha düşük enerji kayıplarına sahip. Daha yüksek arıza gerilimi nedeniyle, silisyum karbür, yüksek güçlü cihazların hazırlanmasında yaygın olarak kullanılabilir, silikon bazlı yarı iletkenlerle değiştirilemeyecek bir avantaj. Silisyum karbürün daha yüksek parçalanması, silisyum karbür güç cihazlarının daha ince ve daha yoğun katkılı bariyer katmanlarına sahip olmasını sağlar, aynı gereksinimler için cihazları daha ince yapmak için silisyum karbür malzemelerin kullanılmasına izin verir, yerden tasarruf etmeye ve birim enerji yoğunluğunu artırmaya hizmet edebilir. Ek olarak, yüksek kırılma alanı ayrıca silisyum karbürün harici voltajda daha düşük bir açık dirence sahip olmasını sağlar, ve daha düşük bir on-direnç daha düşük enerji kaybı anlamına gelir.

Yüksek doygunluk kayma oranı: daha az enerji kaybı

Silisyum karbür, iç yapısı nedeniyle daha yüksek doygunluk kayma hızına sahiptir.. teorik olarak, sürüklenme hızı, dış elektrik alanının artmasıyla süresiz olarak arttırılabilir, ama pratikte, uygulanan elektrik alan arttıkça, malzeme içindeki taşıyıcılar arasındaki çarpışma da artar, yani bir doygunluk kayması hızı var. Silisyum karbür durumunda, iç yapı çarpışmaları tamponlamada çok iyidir, bu nedenle daha yüksek bir doygunluk sürüklenme hızına sahiptir.

Yüksek doygunluk kayma oranı, daha az enerji kaybıyla sonuçlanır. Yüksek doygunluk kayma oranı, daha hızlı taşıyıcı geçişi ve daha düşük direnç anlamına gelir. Bu aynı zamanda silisyum karbür malzemelerde çok daha düşük enerji kayıpları ile sonuçlanır.. silikon ile karşılaştırıldığında, aynı boyutta silisyum karbür bazlı bir MOSFET 1/200 daha düşük direnç ve 1/10 silikon bazlı MOSFET'ten daha küçük boyut, ve aynı boyutta silisyum karbür bazlı MOSFET kullanan bir invertör 1/4 silikon bazlı bir IGBT ile karşılaştırıldığında toplam enerji kaybının. Bu özellikler güçlü bir destek sağlar. silisyum karbür uygulaması PV invertörlerdeki ve yüksek frekanslı cihazlardaki malzemeler.

Silisyum karbür endüstri zinciri

Yabancı üreticiler çoğunlukla IDM modunda düzenleniyor, yerli şirketler bireysel bağlantılara odaklanırken. Silisyum karbür endüstri zinciri şu şekilde ayrılabilir:: alt tabaka, epitaksi, cihaz, ve son kullanım. Çoğu yabancı şirket IDM modunda, Wolfspeed gibi, Rohm ve STMicroelectronics (ST), yerli şirketler tek bağlantılı üretime odaklanırken, Substrat alanında Tianke Heda ve Tianyue Advanced gibi, Epitaksiyel alanda Hantian Tiancheng ve Dongguan Tiandian, ve cihaz alanında Starr Peninsula ve Tyco Tianrun.

Substratlar ve epitaksi hesabı 70% silisyum karbür cihazların maliyeti. Materyal hazırlamanın zorluğu nedeniyle, düşük verim oranı ve küçük üretim kapasitesi, Mevcut endüstri zincirinin değeri alt tabaka ve epitaksiyel parçalarda yoğunlaşmıştır, ön uç parçaları hesaba katarak 47% ve 23% silisyum karbür cihazların maliyeti, arka uç tasarımı ise, imalat ve paketleme bölümleri yalnızca 30%.

Silisyum karbürün aşağı yönde kullanımı

Yeni Enerji Araçları

Yeni enerji taşıtları sektörü SiC güç cihazları için büyük bir artış getirecek. Yeni enerji araçlarında, SiC cihazları esas olarak ana sürücü invertörlerinde kullanılır, OBC (yerleşik şarj cihazları), DC-DC yerleşik güç dönüştürücüler ve yüksek güçlü DCDC şarj cihazları. Büyük araç üreticilerinin 800V gerilim platformlarını piyasaya sürmesiyle, Yüksek akım ve yüksek voltaj talebini karşılamak için motor kontrolörlerinin ana sürücü invertörünün yerini kaçınılmaz olarak silikon bazlı IGBT'li SiC-MOS alacaktır., bu da büyük bir büyüme alanı getirecek.

Motor kontrolöründeki güç modülü aşağıdakileri hesaba katar: 8% aracın maliyetinden. Güç aküsünden gelen yüksek voltajlı DC güç çıkışını değişken frekans ve akımla üç fazlı AC güce dönüştürmekten sorumludur., tahrik motoruna güç sağlamak, Motorun hızını ve torkunu değiştirmek, ve enerji geri kazanımı sırasında güç pilini şarj etmek için motordan gelen üç fazlı AC gücünün DC gücüne doğrultulması. Güç modülü şunları kapsar: 41% maliyetinin, veya 8% araç maliyetinden.

Silisyum karbür cihazları kullanmanın faydaları şunları içerir::

1) Geliştirilmiş hızlanma. Silisyum karbür cihazların kullanılması, tahrik motorunun düşük hızlarda daha yüksek giriş gücüne dayanabilmesini sağlar, ve yüksek termal performansı nedeniyle, aşırı akımın neden olduğu termal etkilerden ve güç kayıplarından korkmaz. Bu, araç çalıştırıldığında tahrik motorunun daha fazla tork vermesini sağlar, daha fazla ivmelenmeyle sonuçlanır.

SiC cihazları, hem açma/kapama boyutlarındaki kayıpları azaltarak elektrikli araçların menzilini artırmak için kullanılabilir. Infineon’un araştırma verilerine göre, SiC-MOS kapanma kaybı yaklaşık 20% 25°C bağlantı sıcaklığında Si-IGBT'nin, ve 10% 175°C bağlantı sıcaklığında Si-IGBT'nin. Etraflı, SiC cihazlarının yeni enerji araçlarında kullanılması menzili artırabilir 5-10%.

3) Hafifletme. SiC'nin üstün performansı sayesinde, SiC cihazları aşağıdaki yönlerden boyutu azaltabilir: 1) daha küçük paket boyutu, 2) daha az filtre ve transformatör gibi pasif bileşenler, kapasitörler, indüktörler, vb., 3) daha az ısı emici boyutu, ve 4) aynı aralıkta daha az pil kapasitesi. Rohm tarafından tasarlanan SiC invertörü, örneğin, ana invertörün boyutunu azaltır 43% ve ağırlığı 6 kg tüm SiC modüllerini kullanarak.

4) Sistem maliyetini azaltın. Şu anda, SiC cihazları 4-6 silikon bazlı cihazlardan kat daha pahalı, ancak SiC cihazlarının kullanımı pil maliyetinde önemli bir düşüşe ve menzilde artışa neden oldu, bu da genel araç maliyetini azalttı. SiC-MOS sürücü invertörünün maliyet artışı yaklaşık $75-$200, ancak pilden sağlanan maliyet tasarrufu, pasif bileşenler, ve soğutma sistemi $525-$850, sistemik maliyetlerde önemli bir azalma. Aynı kilometre için, SiC invertör en azından tasarruf sağlayabilir $200 araç başına.

Fotovoltaik İnvertörler

Silisyum karbür güç cihazları, PV invertörlerin dönüşüm verimliliğini artırabilir ve enerji kayıplarını azaltabilir. Fotovoltaik enerji üretiminde, silikon bazlı cihazlara dayanan geleneksel invertörler şu anda yaklaşık olarak 10% sistem maliyeti, ancak sistem enerji kayıplarının ana kaynaklarından biridir. Temel malzeme olarak SiC-MOS kullanılarak, PV invertörlerin dönüşüm verimliliği şu şekilde artırılabilir: 96% daha fazlasına 99%, enerji kaybı daha fazla azaltılabilir 50%, ve ekipmanın çevrim ömrü şu şekilde arttırılabilir: 50 zamanlar, böylece sistem boyutunu azaltır, artan güç yoğunluğu, cihazın ömrünü uzatmak, ve üretim maliyetinin azaltılması. Yüksek verim, yüksek güç yoğunluğu, Yüksek güvenilirlik ve düşük maliyet, PV invertörlerin gelecekteki trendleridir. Silisyum karbür ürünlerinin kademeli olarak dizi ve merkezi PV invertörlerdeki silikon bazlı cihazların yerini alması bekleniyor. Şu anda, PV alanında silisyum karbür PV invertörlerin çok az yerli uygulaması vardır, ancak dünya çapında silisyum karbür PV invertörleri kullanan PV invertör şirketleri zaten var, İspanya'daki Ingeteam'in TLM serisi gibi.

Demiryolu taşımacılığı

Demiryolu taşımacılığında, güç yarı iletken cihazları demiryolu araçlarında yaygın olarak kullanılmaktadır, çekiş dönüştürücüler dahil, yardımcı dönüştürücüler, ana ve yardımcı dönüştürücüler, güç elektroniği transformatörleri, ve şarj cihazları. Aralarında, Çekiş dönüştürücü, lokomotiflerin yüksek güçlü AC iletim sisteminin temel ekipmanıdır. Silisyum karbür cihazların demiryolu taşımacılığı çekiş konvertörlerinde uygulanması, yüksek sıcaklığı büyük ölçüde artırabilir, silisyum karbür cihazların yüksek frekans ve düşük kayıp özellikleri, Çekiş dönüştürücü cihazlarının verimliliğini artırın, yüksek kapasite talebini karşılayın, demiryolu taşımacılığı için hafif ve enerji tasarruflu çekiş dönüştürücü cihazları, ve sistemin genel verimliliğini artırmak.

Akıllı ızgara

Akıllı şebekede, diğer güç elektroniği cihazlarıyla karşılaştırıldığında, güç sistemi daha yüksek voltaj gerektirir, daha yüksek güç kapasitesi ve daha yüksek güvenilirlik. DC iletimi, Akıllı şebekenin gelişimini ve değişimini teşvik etmek için yüksek gerilim DC iletim ve güç dağıtım sistemleri.

RF alanı

RF cihazlarında, Silisyum karbür substratına dayanan GaN RF cihazları, silisyum karbürün yüksek termal iletkenliği ve yüksek frekans bandında GaN'nin yüksek güçlü RF çıkışı avantajlarına sahiptir., Yüksek frekans performansı ve yüksek güç işleme kapasitesi için 5G iletişiminin gereksinimlerini karşılamak amacıyla GaAs ve silikon bazlı LDMOS cihazlarının doğal kusurlarını ortadan kaldırmak. GaN tabanlı RF cihazları, 5G güç amplifikatörleri için ana teknoloji rotası haline geldi, özellikle makro baz istasyonu güç amplifikatörleri için.

Silisyum karbür substratın küresel pazar alanının hesaplanması

Silisyum karbür substratlar, silisyum karbür cihazların hazırlanması için gereklidir ve şu anda silisyum karbür cihazların en maliyetli parçasıdır.. Burada, silisyum karbür substratlar için küresel pazar alanını ve substrat talebini tahmin ediyoruz. 2021 ile 2025 yeni enerji araçları ve fotovoltaik alanında, ve bu referansla silisyum karbür substratlar için toplam pazar alanı ve substrat talebini tahmin edin.

Yeni enerji araçları: 25 yıllık talep ulaşabilir 3 milyon adet, birden fazla pazar alanı 10 milyar yuan

Yeni enerjili araç pazarı tahmini için, temel parametrelerle ilgili aşağıdaki varsayımları yapıyoruz:

6 inç silisyum karbürün mevcut ortalama fiyatı 1000 BİZ. dolar, hakkında 6400 yuan / parça, 6 inçlik teknik rotanın gelecekte geliştirilmesi ve daha fazla ölçek ekonomisinin oluşması nedeniyle, silisyum karbür fiyatlarının genel bir düşüş eğilimi göstermesi bekleniyor, spesifik fiyat eğilimi için, Biz 2021-2025 Aşağıdaki üç varsayımda substrat fiyatındaki düşüş:

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

Araç başına tüketilen substrat sayısı: Gelecekteki fiyat düşüşleri göz önüne alındığında, yeni enerji araçlarında silisyum karbür uygulaması giderek artacaktır, mevcut Modele dayalı 3 tek araçlı 48 silisyum karbür MOSFET çipleri, tek bir araçta kullanılan 6 inçlik alt tabakaların sayısı yaklaşık 0.16 parçalar, ve sonra yavaş yavaş büyüyüp 0.4 içindeki parçalar 2025.

Penetrasyon oranı: Penetrasyon oranı, SiC cihazlarını kullanan yeni enerjili araç satışlarının toplam yeni enerjili araç satışları içindeki yüzdesi olarak tanımlanır.. 14% penetrasyon oranı 2021 ve 6% penetrasyon oranında artış bekleniyor 2021-2025.

Yukarıdaki veriler ve varsayımlarla birleştirildiğinde, içinde 10%/15%/20% fiyat indirimi bekleniyor, yeni enerji araçları alanındaki silisyum karbür substrat pazarının ulaşabileceği 12.8/10.2/80 milyar yuan, ve karşılık gelen alt tabaka talebi ulaşacak 3.04 milyon adet.

fotovoltaik alan: 25 yılların talebi veya daha fazlası 500,000 parçalar, pazar alanı 2 milyar yuan

Küresel yeni kurulu kapasite: silisyum karbür substratlar esas olarak PV endüstrisindeki PV invertörlerde kullanılır, 137 GW küresel kurulu kapasiteye sahip 2020 ve 400 GW'ı aşması bekleniyor 2025, referans olarak 400GW'a dayalı. 2021 veriler Sunshine Power'ın yıllık raporundaki ilgili verilerden dönüştürülür, yaklaşık 156GW.

IGBT maliyet oranı: İzahnamede açıklanan verilere göre, silikon bazlı IGBT'nin maliyet oranı yaklaşık 10% PV invertörlerin toplam maliyetinin, ve silikon bazlı IGBT'nin maliyet oranının önümüzdeki birkaç yılda değişmeden kalacağı varsayılıyor.

İnvertör fiyatı: İçinde 2021, Sunshine Power'ın PV invertörlerinin malzemeleri temel olarak silikon bazlı malzemelerdir, 47 GW satış hacmi ve RMB ticari geliri ile 9.05 milyar, yani silikon bazlı PV invertörlerin fiyatı yaklaşık 0,19 RMB/W'dir. Sunshine Power'ın invertör fiyat değişim verilerine göre 2017 ile 2021, ortalama yıllık fiyat yaklaşık 0,02 RMB/W düşüyor. Öyleyse, gelecekte fiyatın kademeli olarak düşmesi bekleniyor. Öyleyse, gelecekte fiyatın kademeli olarak düşmesi bekleniyor, fiyatın bu oranda düşeceğini varsayarak 0.02 Yuan/W yıllık 0.13 Yuan/W.

silisyum karbür / silikon fiyat oranı: silisyum karbür cihazların ve silikon bazlı cihazların mevcut fiyat oranı yaklaşık 4, gelecekte maliyet ikame oranının düşürülmesi beklenmektedir., Düşüşün oranı fiyat değişimiyle pozitif olarak ilişkilendirilmelidir, dolayısıyla maliyet ikame oranının her yıl azaldığı varsayılmaktadır..

Yüzey maliyet oranı: Mevcut substrat oranı: 46%, oranın bir oranda azalması bekleniyor. 3% yıl başına.

Penetrasyon oranı: Buradaki penetrasyon oranı, silikon karbür PV invertörlerin toplam invertörler içindeki yüzdesini ifade eder.. CASA verilerine atıfta bulunularak, penetrasyon oranı 10% içinde 2021, oranında büyümesi bekleniyor 10% yıl başına. İle 2025, penetrasyon oranı ulaşacak 50%.

Yukarıdaki verileri ve varsayımları birleştirmek, Aşağıdaki tablo pazar alanının yıllık bileşik büyüme oranıyla büyüyeceğini göstermektedir. 39% ve talep yıllık bileşik büyüme oranında artacak 58%. İle 2025, Pazar alanı ulaşacak 2 milyar yuan ve alt tabakalara olan talep aşılacak 500,000 parçalar.

Toplam Piyasa Tahmini

Wolfspeed yatırımcı raporuna göre, yeni enerjili araçların payı + toplam silisyum karbür pazarında fotovoltaik 77% içinde 2021, ve ulaşması bekleniyor 86% içinde 2027. Öyleyse, Projeksiyonun bu kısmındaki pazar payı 77% içinde 2021, ve ulaşması bekleniyor 85% içinde 2025, dayalı 2% yıllık büyüme oranı. Yukarıdaki verilere göre, küresel silisyum karbür substratının toplam pazar büyüklüğü şu tarihten itibaren büyüyecek: 1.9 milyar yuan 14.3 milyar yuan 2021 ile 2025, ve talep artacak 300,000 parçalar 4.2 milyon adet.

Silisyum Karbür Yukarı Akış Tedarikçileri

Çin'in önde gelen silisyum karbür hammadde tedarikçisi olarak, Henan Üstün Aşındırıcılar İthalatı & İhracat A.Ş., Ltd.. sürekli olarak yüksek kalite sağladı siyah silisyum karbür ve yeşil silisyum karbür dünya çapındaki birçok silisyum karbür şirketine, ve pazarlarımız ABD'yi kapsamaktadır, Kanada, Meksika, Peru, Şili, BAE, Suudi Arabistan, Rusya, ispanya, Güney Afrika, Güneydoğu Asya, vb. Herhangi bir talebiniz varsa silisyum karbür mikro toz, silisyum karbür makro kum, Silisyum karbürün en son teklifini almak için lütfen bizimle iletişime geçin. 2022.