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  SiC二極管應(yīng)用市場(chǎng)廣泛

  肖特基二極管，又稱熱載流子二極管，通過(guò)金屬和半導(dǎo)體接觸(肖特基接觸)形成肖特基勢(shì)壘，實(shí)現(xiàn)整流。與普通PN結(jié)二極管相比，肖特基二極管的反向恢復(fù)慣性非常低。因此，肖特基二極管適用于高頻整流或高速開(kāi)關(guān)。

  碳化硅(SiC)是一種高性能的半導(dǎo)體材料，基于SiC的肖特基二極管(SiC Schottky Diode)具有更高能效、更高功率密度、更小尺寸和更高的可靠性，可以在電力電子技術(shù)領(lǐng)域打破硅的極限，成為新能源及電力電子的首選器件。

  目前市面上主流的SiC二極管產(chǎn)品，基本上采用JBS結(jié)構(gòu)。JBS結(jié)構(gòu)主從原理上來(lái)說(shuō)，主要是PN結(jié)二極管+肖特基結(jié)二極管。這樣的結(jié)構(gòu)好處是它綜合了PiN反向漏電的特點(diǎn)，而且具有肖特基二極管快速恢復(fù)的特點(diǎn)。所以說(shuō)SiC二極管既能工作在高壓下，又能工作在高頻下。

  因此SiC二極管在金牌電源、UPS電源、服務(wù)器電源等領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用，功率等級(jí)從幾百瓦到幾千瓦。使用的SiC產(chǎn)品規(guī)模主要是650V /6A、8A、10A、16A。

  國(guó)產(chǎn)器件實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代的第一步

  在電源等部分市場(chǎng)中，國(guó)產(chǎn)器件目前市占率已擁有較大比例。下圖就是SiC二極管在電源產(chǎn)品中的典型應(yīng)用。650V的二極管產(chǎn)品一般采用TO-220的封裝，通過(guò)絕緣片隔離，固定在電路中的散熱片上，以實(shí)現(xiàn)良好的散熱。

  除以上電源類產(chǎn)品外，SiC二極管在新能源汽車和光伏逆變器中也有廣泛應(yīng)用。

  在新能源汽車中，SiC二極管主要是用于車載OBC和地面充電樁設(shè)備。車載OBC和充電樁功能都是相同的，都是將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，然后給汽車的蓄電池充電。

  其中，SiC二極管主要用在兩個(gè)方面。第一，輸入端PFC電路中，SiC二極管作為升壓和整流二極管應(yīng)用。第二，輸出端AC-DC電路中，SiC二極管作為高頻整流應(yīng)用。由于車載OBC和充電樁輸入電壓不同，OBC是220V，充電樁是380V，OBC要求SiC二極管的電壓等級(jí)是650V，充電樁要求SiC二極管的電壓等級(jí)是1200V。電流從10A到幾十安都有。

  在光伏逆變器中，SiC二極管主要是用在前級(jí)MPPT電路，作為升壓二極管使用。一般來(lái)說(shuō)SiC二極管一般與SiC MOSFET配套使用。目前來(lái)說(shuō)主要使用的是1200V產(chǎn)品。由于光伏逆變器的功率等級(jí)跨度比較大，從百瓦到GW的光伏逆變器都有。相應(yīng)的，對(duì)SiC分立器件要求不同，從幾A到幾十A的TO封裝的小器件，到幾百A、上千A的功率模塊。

在這兩個(gè)市場(chǎng)的應(yīng)用中，國(guó)產(chǎn)器件使用率也正在逐年上升。目前國(guó)產(chǎn)的SiC產(chǎn)品主要以SiC二極管為主，各大國(guó)產(chǎn)碳化硅器件的供應(yīng)商也都在加快這兩個(gè)市場(chǎng)的產(chǎn)品驗(yàn)證與可靠性提升。下面給大家匯總分享下各國(guó)產(chǎn)碳化硅企業(yè)的二極管產(chǎn)品及市場(chǎng)情況：

  基本半導(dǎo)體

  基本半導(dǎo)體成功研發(fā)的第三代650V、1200V系列碳化硅肖特基二極管，是基本半導(dǎo)體系列標(biāo)準(zhǔn)封裝碳化硅肖特基二極管家族中的新成員。相較于前兩代二極管，基本半導(dǎo)體稱第三代碳化硅肖特基二極管在延用6英寸晶圓工藝基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了更高的電流密度、更小的元胞尺寸、更強(qiáng)的浪涌能力。

  最新款碳化硅肖特基二極管的亮點(diǎn)表現(xiàn)：

  ●更高電流密度、更低Qc：第三代二極管具有更高電流密度、更低Qc，使其在真實(shí)應(yīng)用環(huán)境中開(kāi)關(guān)損耗更低。

  ●更強(qiáng)浪涌能力：通過(guò)工藝及設(shè)計(jì)迭代優(yōu)化，第三代二極管實(shí)現(xiàn)了更高的浪涌能力。

  ●更低成本：更高的電流密度帶來(lái)更小的芯片面積，使得器件成本較前兩代二極管進(jìn)一步降低。

●更高產(chǎn)量： 使用6英寸晶圓平臺(tái)，單片晶圓產(chǎn)出提升至4英寸平臺(tái)產(chǎn)出2倍以上。

  瞻芯電子

  瞻芯電子作為國(guó)內(nèi)碳化硅半導(dǎo)體功率器件主流供應(yīng)廠商之一，從成立之初一直備受業(yè)界關(guān)注。據(jù)悉，瞻芯電子與國(guó)內(nèi)主要開(kāi)關(guān)電源廠商和新能源汽車電驅(qū)動(dòng)廠商保持著良好的互動(dòng)交流并陸續(xù)送樣測(cè)試，并收到多家廠商的技術(shù)垂詢與測(cè)試反饋。

  2019年底，瞻芯電子的碳化硅二極管產(chǎn)品系列就在在深圳麥格米特電氣股份有限公司認(rèn)證通過(guò)并啟動(dòng)小批量驗(yàn)證試產(chǎn)。最終經(jīng)過(guò)半年的生產(chǎn)實(shí)踐，麥格米特同意瞻芯電子該產(chǎn)品系列在充電模塊產(chǎn)品線上可逐步全方位替代進(jìn)口器件，進(jìn)入批量采購(gòu)階段。

瞻芯電子目前發(fā)布的碳化硅二極管產(chǎn)品，具有650V和1200V兩檔耐壓，封裝涵蓋DFN8*8，TO252，TO220-2，TO247-2，TO247-3，提供裸芯片，支持最大40A電流，器件均通過(guò)了工業(yè)級(jí)認(rèn)證。

  上海瀚薪科技

  通過(guò)多年在碳化硅領(lǐng)域的深耕和積累，2014年瀚薪就已完成650V/1200V全系列碳化硅肖特基二極管產(chǎn)品的量產(chǎn)和車規(guī)認(rèn)證，最大單管電流可以到100A;2017年量產(chǎn)650V/1200V的全系列碳化硅MOS并通過(guò)車規(guī)認(rèn)證，最低內(nèi)阻可以到20毫歐。發(fā)展至今，瀚薪已擁有深厚的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的器件設(shè)計(jì)和工藝研發(fā)的能力，突破了國(guó)外大廠在碳化硅技術(shù)上的壟斷。

上海瀚薪的 650V 系列、1200V 系列和 1700V 系列碳化硅二極管和 MOS 管均已規(guī)模量產(chǎn)，且已全部通過(guò)車規(guī)級(jí)認(rèn)證，按照歐洲新能源車企要求開(kāi)發(fā)的 3300V 系列也已量產(chǎn)，正在導(dǎo)入供應(yīng)鏈;

  泰科天潤(rùn)

  泰科天潤(rùn)是國(guó)內(nèi)早期第三代半導(dǎo)體材料碳化硅器件制造與應(yīng)用解決方案提供商，主營(yíng)碳化硅功率器件，包含各種封裝形式的碳化硅肖特基二極管、碳化硅MOSFET和碳化硅模塊等產(chǎn)品。

  泰科天潤(rùn)在北京擁有完整的半導(dǎo)體工藝晶圓廠，并擁有目前國(guó)內(nèi)罕有的一條碳化硅器件生產(chǎn)線。作為國(guó)內(nèi)碳化硅研發(fā)生產(chǎn)和平臺(tái)服務(wù)型公司，泰科天潤(rùn)的產(chǎn)品線涉及基礎(chǔ)核心技術(shù)產(chǎn)品、碳化硅成型產(chǎn)品以及多套行業(yè)解決方案。

目前公司基礎(chǔ)核心產(chǎn)品——碳化硅肖特基二極管，已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)碳化硅肖特基二極管多個(gè)功率器件量產(chǎn)，產(chǎn)品涵蓋600V～3300V中高壓范圍，其中600V/10A、1200V/20A等產(chǎn)品的成品率達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，600V/50A、1200V/50A實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)突破，1700V/10A、3300V/5A兩個(gè)產(chǎn)品也已經(jīng)完成研發(fā)。

  三安集成

  三安集成垂直整合第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，提供從晶體生長(zhǎng)、襯底加工、外延生長(zhǎng)、器件設(shè)計(jì)、芯片制造到器件封測(cè)，以及完善的失效分析能力，全面把控產(chǎn)品一致性和可靠性。三安集成碳化硅肖特基二極管于2018年上市后，已完成了從650V到1700V的產(chǎn)品線布局，并累計(jì)出貨達(dá)百余萬(wàn)顆，器件的高可靠性獲得客戶一致好評(píng)。

據(jù)悉，三安集成碳化硅MPS肖特基二極管全系列650V和1200V產(chǎn)品采用混合PiN肖特基二極管(MPS)設(shè)計(jì)，能提供更好的可靠性和魯棒性;得益于其產(chǎn)品特性，三安集成碳化硅功率器件產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于牽引驅(qū)動(dòng)、車載充電、新能源逆變、工業(yè)電源、數(shù)據(jù)中心、PFC、UPS等多領(lǐng)域。

  瑞能半導(dǎo)體

  今年，瑞能半導(dǎo)體也推出了功率器件新品，據(jù)稱其中包括了基于國(guó)際最新技術(shù)的第六代碳化硅二極管產(chǎn)品系列，對(duì)傳統(tǒng)領(lǐng)域的二極管做出產(chǎn)品迭代，對(duì)目前的應(yīng)用高頻化、高效化也做出了有針對(duì)性的優(yōu)化。

  鑒于碳化硅擁有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場(chǎng)、更高的熱導(dǎo)率、更高的電子飽和速率等特性，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，瑞能半導(dǎo)體也基于提高效率的宗旨在技術(shù)上不斷進(jìn)行深耕研發(fā)，做出更加輕薄、功率處理能力更強(qiáng)的功率器件。

據(jù)悉，該款產(chǎn)品主要采用國(guó)際主流技術(shù)，以MPS或者JBS，加上薄片工藝生產(chǎn)碳化硅二極管產(chǎn)品，擁有超低VF(額定電流下典型值約為1.27V)，低反向漏電流，低熱阻等優(yōu)點(diǎn)，在高溫150 ℃的條件下，相比于上一代的產(chǎn)品，第六代碳化硅二極管的導(dǎo)通壓降效果能提升約25%;在不改變系統(tǒng)設(shè)計(jì)，僅對(duì)器件進(jìn)行更換的情況下可以提升約0.2%系統(tǒng)效率;

  北京國(guó)聯(lián)萬(wàn)眾半導(dǎo)體科技有限公司

  該公司是中國(guó)電科集團(tuán)十三所旗下的控股子公司，于2015年在北京市順義區(qū)成立，主要致于SiC&GaN半導(dǎo)體器件的國(guó)產(chǎn)化。目前在北京研發(fā)基地建有72000m2 廠房。

  2017年，國(guó)聯(lián)萬(wàn)眾推出了全系列的SiC產(chǎn)品，包括SiC二極管、SiC MOSFET、功率模塊，電壓等級(jí)從600V-1700V，電流2A-40A。據(jù)稱，目前國(guó)聯(lián)萬(wàn)眾在基于國(guó)產(chǎn)襯底所生產(chǎn)的典型產(chǎn)品在片成品率大于85%，產(chǎn)品交付周期在8周以內(nèi)。

  上圖是國(guó)聯(lián)萬(wàn)眾生產(chǎn)的SiC肖特基二極管產(chǎn)品的型號(hào)列表。從650V/4A-1200V/40A的SiC二極管產(chǎn)品已經(jīng)全部都實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定供貨。包括各種封裝形式，TO-252、TO-220、TO-220 全包封、TO-220內(nèi)絕緣產(chǎn)品、TO-247、-2、-3等產(chǎn)品已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)和國(guó)外同規(guī)格的P-to-P替代。目前已經(jīng)在礦基電源、金牌電源、服務(wù)器電源，以及光伏逆變、充電樁產(chǎn)品方面都得到了使用。

  近年來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)化替代的呼聲越來(lái)越高，第三代半導(dǎo)體迎來(lái)了發(fā)展熱潮。“十四五”規(guī)劃將第三代半導(dǎo)體納入國(guó)家集成電路行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向，給予國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體生態(tài)政策上的支持。國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商紛紛加緊布局，試圖抓住機(jī)遇，擴(kuò)大影響力。

  目前國(guó)產(chǎn)化SiC產(chǎn)品大概有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

  第一， 全產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化。目前SiC器件從材料、設(shè)計(jì)、工藝、封裝，以及設(shè)備全部都有國(guó)產(chǎn)廠家的參與，并且這些廠家的產(chǎn)品都已經(jīng)在市面上得到應(yīng)用。

  第二， 國(guó)產(chǎn)SiC器件品牌眾多。這一特點(diǎn)主要是由于國(guó)家政策支持，對(duì)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大力支持。此外，市場(chǎng)上應(yīng)用端的需求量越來(lái)越多。所以SiC器件品牌每年都在增加，目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大于10家，并且每年都有新的廠家出現(xiàn)。

  第三， 目前國(guó)產(chǎn)的SiC產(chǎn)品主要以SiC二極管為主，MOSFET國(guó)產(chǎn)市場(chǎng)占有率不高。尤其是基于國(guó)產(chǎn)設(shè)計(jì)，并且基于國(guó)產(chǎn)工藝的MOSFET產(chǎn)品。

  分立器件可靠性等級(jí)一般分為車規(guī)級(jí)、工業(yè)級(jí)、消費(fèi)級(jí)。近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)碳化硅在消費(fèi)級(jí)和工業(yè)級(jí)產(chǎn)品逐步實(shí)現(xiàn)替代，在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用也正在加速進(jìn)入，但是實(shí)現(xiàn)全面替代還有一段距離。國(guó)產(chǎn)企業(yè)想要實(shí)現(xiàn)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的“彎道超車”，還需持續(xù)腳踏實(shí)地，深耕技術(shù)與產(chǎn)品!