Industria de dispositivos de energía de carburo de silicio

Los semiconductores de potencia (también conocidos como dispositivos electrónicos de potencia) son componentes centrales para la conversión de potencia y el control del circuito en dispositivos electrónicos. Permiten una regulación precisa de voltaje y frecuencia, así como una conversión eficiente de CA y CC. A través de funciones como la rectificación, la inversión, la amplificación de potencia, la conmutación de alimentación y la protección del circuito, estos dispositivos regulan efectivamente el flujo de energía y garantizan la estabilidad del sistema, y se conocen como el "corazón" de la electrónica de potencia.

Según los materiales utilizados, los semiconductores de potencia se pueden dividir en dos categorías, a saber, semiconductores basados en silicio tradicionales y semiconductores de banda amplios. El primero incluye semiconductores compuestos por elementos como el silicio (SI), mientras que el segundo incluye compuestos como el carburo de silicio y el nitruro de galio.

Los dispositivos de semiconductores basados en silicio tradicionales están limitados por propiedades físicas inherentes y son difíciles de cumplir con los requisitos de alto rendimiento de las aplicaciones emergentes, como la potencia informática de inteligencia artificial y los centros de datos, las redes inteligentes y los sistemas de almacenamiento de energía. Por el contrario, los semiconductores de banda ancha representados por el carburo de silicio y el nitruro de galio muestran ventajas significativas de rendimiento tanto en los niveles de material como del dispositivo. Entre ellos, los dispositivos semiconductores de potencia de carburo de silicio se destacan con su excelente voltaje de descomposición, conductividad térmica, velocidad de saturación de electrones y resistencia a la radiación. En comparación con el nitruro de galio, el carburo de silicio tiene una gama más amplia de aplicabilidad en aplicaciones de voltaje medio y alto, y ocupa una posición dominante en el mercado de aplicaciones por encima de 600V, con un tamaño de mercado más grande. En los últimos años, los dispositivos semiconductores de poder de carburo de silicio se han utilizado ampliamente en muchas industrias y se espera que jueguen un papel clave en la transformación continua de la industria de semiconductores de poder.

Silicon Carbide es actualmente el material semiconductor de banda ancho más maduro en términos de tecnología de crecimiento de cristal y fabricación de dispositivos. El proceso de producción de dispositivos semiconductores de potencia de carburo de silicio implica los siguientes pasos. Primero, el polvo de carburo de silicio se cultiva, se corta, molesta y se pule para formar unsustrato de carburo de silicio, y luego se cultiva material epitaxial de cristal único en el sustrato. El chip sufre una serie de procesos complejos (que incluyen fotolitografía, limpieza, grabado, deposición, adelgazamiento, embalaje y pruebas) para finalmente formar un dispositivo semiconductor de alimentación de carburo de silicio.

El segmento aguas arriba de la cadena de la industria implica la preparación de sustratos de carburo de silicio y chips epitaxiales de carburo de silicio. Como material clave en la cadena de la industria, la calidad de los chips epitaxiales de carburo de silicio es crucial y el valor de la fabricación de capa epitaxial representa aproximadamente el 25% de toda la cadena de valor del dispositivo de potencia de carburo de silicio. A diferencia de los dispositivos de semiconductores de potencia basados en silicio tradicionales, los dispositivos semiconductores de potencia de carburo de silicio no pueden fabricarse directamente en sustratos de carburo de silicio; En cambio, las capas epitaxiales de alta calidad deben depositarse en el sustrato. Debido a las altas barreras técnicas para la fabricación de chips epitaxial de carburo de silicio de alta calidad, su suministro es relativamente limitado. A medida que la demanda global de dispositivos semiconductores de potencia de carburo de silicio continúa creciendo, los chips epitaxiales de alta calidad desempeñarán un papel cada vez más importante en la cadena de la industria.

El segmento Midstream incluye el diseño, la fabricación, el embalaje y las pruebas de dispositivos semiconductores de potencia de carburo de silicio. Los fabricantes de dispositivos de semiconductores de alimentación de carburo de silicio utilizan chips epitaxial de carburo de silicio como materiales básicos y fabricar dispositivos semiconductores de carburo de silicio a través de procesos de fabricación complejos. Los fabricantes de dispositivos generalmente se dividen en tres tipos: IDM, compañías de diseño de dispositivos y fundiciones de obleas. IDM integra el diseño, la fabricación, el embalaje y las pruebas de semiconductores de potencia de carburo de silicio y otras cadenas de la industria. Las compañías de diseño de dispositivos solo son responsables del diseño y las ventas de semiconductores de energía de carburo de silicio, mientras que las fundiciones de obleas solo son responsables de la fabricación, el embalaje y las pruebas.

Las divisiones aguas abajo implican aplicaciones como vehículos eléctricos, infraestructura de carga, energía renovable, sistemas de almacenamiento de energía, así como industrias emergentes como electrodomésticos, energía de inteligencia artificial y centros de datos, redes inteligentes y evtol.

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