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节能需求催生新一代功率半导体 市场潜力巨大

本文摘要:日本昭和电工公司于2012年8月30日宣告,已把用作功率半导体元件的4英寸碳化硅外延晶圆的生产能力强化到了此前的2.5倍。 市场快速增长显露出曙光 用于碳化硅的功率半导体元件在构建逆变器等电力切换装置的小型化及增加损失方面较为有效地,因此涉及元器件企业正在大力前进产品开发。昭和电工称之为,此次减少生产能力的原因在于,在家电产品等低电压较低电流应用领域,已开始渐渐产生实际市场需求,而且在铁路车辆及工业设备等低电压、大电流领域,研发项目也在激增。

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日本昭和电工公司于2012年8月30日宣告,已把用作功率半导体元件的4英寸碳化硅外延晶圆的生产能力强化到了此前的2.5倍。  市场快速增长显露出曙光  用于碳化硅的功率半导体元件在构建逆变器等电力切换装置的小型化及增加损失方面较为有效地,因此涉及元器件企业正在大力前进产品开发。昭和电工称之为,此次减少生产能力的原因在于,在家电产品等低电压较低电流应用领域,已开始渐渐产生实际市场需求,而且在铁路车辆及工业设备等低电压、大电流领域,研发项目也在激增。

碳化硅元件与作为竞争对手的硅元件比起,价格较高,这早已沦为构建普及的瓶颈,但如果优质外延晶圆的供应量减少,之后未来将会减少元件成本。  通过在不存在结晶缺失的碳化硅晶圆上构成均质的外延层,可提升以此为基础生产的元器件的性能及成品率。  实质上,前进碳化硅元件研发的企业活动于是以日益活跃。

拓展该领域市场尤为大力的罗姆公司于2012年3月举办了媒体说明会,发布了关于碳化硅涉及业务的未来发展。该公司称之为,虽然2010年的销售额仅有为17亿日元,但2011年超过35亿日元,构建了大幅提高,预计2012年将快速增长到50亿日元。并宣告2014年力争构建160亿日元的销售额。

  积极开展碳化硅元件业务的企业还有三菱电机公司和富士电机公司等多家企业,但各家企业在销售预测方面皆所持谨慎态度,大多并未明确发布几年后的目标。从罗姆此次发布涉及信息可以显现出,碳化硅元件用户企业于是以从开发阶段急剧转入实际市场需求阶段。  应用于范围逐步拓宽  逆变器是应用于功率半导体的代表性产品。这是一种将直流电改变为交流电的电力切换装置,如果用作驱动交流马达,可根据负荷掌控转数,因此可大幅度构建节约能源。

在日本,早已开始将之应用于空调及洗衣机等领域。今后,如果能更进一步应用于产业马达等领域,从整体来看,将未来将会构建十分大的节约能源效果。这是因为,日本目前大约60%的电力消费在于马达,但其中逆变器的利用率仅有为10%左右。  据信其中逆变器利用率仅有为10%。

  不仅仅限于驱动马达,逆变器及转换器(将交流切换为直流)等电力切换装置被普遍应用于各种用途。在大量用于太阳能电池和定置式蓄电池等直流装置的智能电网等领域,今后特别是在必须中用这些装置。而且在提升充电电池直流电力,以驱动马达的混合动力车(HEV)及显电动汽车(EV)领域,也是关键装置。

大量用于直流设备的数据中心等对小型高效电力切换装置的市场需求也十分大。  电力转换器用作多种领域,可提升马达及电源电路的能源利用效率。  功率半导体市场发展潜力极大  再行来想到电力切换装置所用于的普通硅功率半导体市场。

2010年全球半导体市场规模大约为25万亿日元(按1美元80日元折算,以下同),而其中作为功率半导体代表的功率MOSFET大约为5000亿日元,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为2500亿日元左右。虽然从金额来看,规模较为小,但快速增长潜力较小,调查公司IHSiSuppliJapan预测,到2015年,功率MOSFET将快速增长到大约1万亿日元,绝缘栅双极型晶体管将超过4000亿日元左右,两者合在一起,也许能在5年时间内构建大幅提高。  这一发展趋势的背景原因,不仅是发达国家经常出现节约能源热,还有新兴市场国家较慢的经济发展。

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电力切换装置未来将会经常出现在社会各个领域,沦为一种生活必需品,随着人口较多的新兴市场国家现代化的发展,将不会产生大量市场需求。  硅半导体的设计技术及生产技术皆已成熟期,需要以低成本展开大量生产。

但另一方面,由于材料特性的原因,其性能不存在无限大,无法用作某些用途。碳化硅和氮化镓将通过突破硅的性能无限大来拓展新的市场。

  碳化硅主要合适用作大电力领域,氮化镓合适用作较低电力、切换速度较慢的领域。并且,由于可实现低损耗及小型化,因此还可替代现有的硅元件。  新产品新技术相继问世  带上隙是半导体的基本特性,碳化硅和氮化镓的带隙比硅大3倍左右,绝缘毁坏电场也低一位数。在高温下也能工作,流经电流时的阻力(导通电阻)较小,也就是需要生产能量损失较小的元器件。

  在日本,京都大学和产业技术综合研究所等很早已开始注目上述新材料,仍然在前进基础研究及元器件研究。并且,官方研究机构和民营企业之间也合作实行了多个研究项目。2010年,经济产业省、内阁府、出产综研及新能源产业技术综合开发机构等启动了更加侧重实用化的新研究项目,也有多家民营企业参与。

由于这些项目牵涉到晶圆生产技术、元器件技术、系统技术及生产技术等多方面,因此经济产业省于2010年创建了目的推展项目间合作的的组织碳化硅联盟,目前正在提升运营效率。


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