特斯拉引領，SiC加速進入汽車
文章出處：麻豆性爱视频元件 人氣：發表時間：2021-09-06 09:07
數十年來，豐富且易於加工的矽一直是半導體行業的首選材料，麻豆性爱视频元件一直也是使用的矽晶圓，但電動汽車的興起，正在幫助削弱其在能源效率方麵的主導地位。特斯拉一直是這一變化的催化劑。
這家美國汽車製造商成為第一家在批量生產的汽車中使用碳化矽芯片的同行，並將其納入其部分 Model 3。此舉為節能材料在電動汽車供應鏈中提供了動力，並對芯片行業產生了影響。
日本芯片製造商羅姆首席戰略官 Kazuhide Ino 表示：“到目前為止，芯片製造商一直在共同努力建立碳化矽市場，但日韩麻豆二区已經到了相互競爭的階段。”
碳化矽，簡稱SiC，含有矽和碳。它的化學鍵比矽中的強，是世界上第三硬的物質。加工它需要先進的技術，但與標準矽片相比，這種材料的穩定性和其他特性讓芯片製造商將能量損失減少了一半以上。
碳化矽芯片也能很好地散熱，允許使用更小的逆變器——這是調節電機功率流動的關鍵電動汽車組件。
“Model 3 的空氣阻力係數與跑車一樣低，”日本名古屋大學教授山本正史說。“按比例縮小逆變器使其流線型設計成為可能。”
拆解過程中可以看到包含碳化矽芯片的特斯拉 Model 3 逆變器。（照片提供：名古屋大學教授山本正義）
特斯拉的舉動震動了芯片行業。6 月，德國芯片製造商英飛淩科技推出了一款用於電動汽車逆變器的 SiC 模塊。
英飛淩日本部門的一位經理表示：“SiC 擴張的時間顯然比日韩麻豆二区預期的更近了。”
現代汽車將在其下一代電動汽車中使用英飛淩製造的 SiC 芯片。據稱，與矽相比，這些芯片可使汽車續航裏程增加 5% 以上。
法國汽車製造商雷諾於 6 月與總部位於瑞士的意法半導體簽署了一項協議，將從 2026 年開始供應 SiC 芯片。該協議還涵蓋用氮化镓製成的芯片，氮化镓是另一種半導體晶片的替代材料。
法國市場研究公司 Yole Developpement 預測，到 2026 年，碳化矽功率芯片市場將比 2020 年增長 6 倍，達到 44.8 億美元。
矽和更昂貴的碳化矽之間的價格差距正在縮小。山本說，大規模生產和其他因素使成本差異從五年前的大約十倍縮小到大約兩倍。隨著一些芯片行業供應商開始生產更大的 SiC 晶圓，這一差距可能會進一步縮小。
羅姆在該領域一直處於領先地位，2010 年，他們量產了世界上第一個 SiC 晶體管。2009 年，羅姆收購了德國公司 SiCrystal ，增加了生產 SiC晶圓的能力，這也使羅姆具備了從頭到尾生產碳化矽的能力。這家日本公司的目標是到 2025 財年在 SiC 芯片的全球市場份額達到 30%。它最近在日本福岡縣的一家工廠開設了一個額外的生產設施，這是將產能增加五倍以上的計劃的一部分。
羅姆表示，許多即將推出的電動汽車型號將使用其 SiC 芯片。它還與中國電動汽車製造商吉利就下一代芯片技術達成協議。
矽並不是第一種芯片材料。1947 年美國貝爾實驗室開創性地發明晶體管後，使用了鍺晶體。1960 年代，隨著半導體行業的興起，矽取代了這種元素。世界上最大的兩家矽片供應商——信越化學和 Sumco——都設在日本。
SiC 也有競爭對手作為矽的替代品。
氮化镓 (GaN) 有可能將能量損失減少到矽芯片的十分之一左右。在半導體中使用這種材料是在日本開發的，以製造藍色發光二極管。雖然 GaN 芯片用於充電設備等某些領域，但該材料尚未充分發揮其潛力，因為它主要與其他材料（包括矽）結合使用。
尋找矽的替代品反映了芯片性能改進的日益明顯的限製。更小、更強大的電子設備的開發需要蝕刻更細微的電路圖案。現在這個尺度為 5 納米（1 納米等於十億分之一米），晶體管密度大約每兩年翻一番的預測——被稱為摩爾定律——正在接受前所未有的考驗。
節能也推動了芯片材料的創新。電動汽車、數據中心和其他數字經濟組成部分的擴張將產生巨大的電力需求未得到滿足，而無需采取措施提高能源效率。
美國初創公司 Lab 91 是德克薩斯大學奧斯汀分校的衍生公司，正在開發在芯片晶圓上覆蓋石墨烯（隻有一個原子厚的碳片）的技術。早期試驗已經成功，該公司正在與芯片製造商就評估大規模生產技術進行談判。石墨烯具有在廣泛的應用中提高芯片性能的潛力，從電動汽車到 LED，再到智能手機相機中使用的圖像傳感器。
鑽石——被一些終極半導體稱為——是一種潛在的改變遊戲規則但成本高昂的矽替代品。
總部位於東京的製造商 Adamant Namiki Precision Jewel 已開發出用金剛石生產功率芯片的技術。從理論上看，世界上最硬的物質具有將能量損失減少到矽的五萬分之一。但使此類芯片具有成本效益將是關鍵。現在金剛石基板的成本是矽晶圓的數千倍。
由於半導體對國家安全和經濟競爭力至關重要，中國、美國和歐洲的政府正在尋求支持新芯片材料的研發。支持該領域的研發和投資是日本經濟產業省 6 月發布的半導體戰略的一部分。由於矽與鋼並列成為構建 20 世紀的材料之一，下一種偉大的半導體材料看起來很可能在未來幾十年成為國際競爭的驅動力。
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