汽車(chē)功率元器件市場(chǎng)前景廣闊

　　汽車(chē)功率電子產(chǎn)品正成為半導體行業(yè)的關(guān)鍵驅動(dòng)因素之一。這些電子產(chǎn)品包括功率元器件，是支撐新型電動(dòng)汽車(chē)續航里程達到至少200英里的核心部件。

　　雖然智能手機的出貨量遠高于汽車(chē)(2015年為14億部[1]，汽車(chē)銷(xiāo)量為8,800萬(wàn)輛[2])，但汽車(chē)的半導體零件含量卻高得多。汽車(chē)功率IC穩健增長(cháng)，2015-2020年該行業(yè)的年復合增長(cháng)率預計將達8%[3]。尤其是電池驅動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)在該行業(yè)成為強勁增長(cháng)推動(dòng)力，2015年5月Teardown.com針對寶馬i3電動(dòng)車(chē)的報告顯示，該車(chē)型物料清單中包含100多個(gè)電源相關(guān)芯片。

　　與遵循摩爾定律不斷縮小尺寸的先進(jìn)邏輯晶體管不同，功率元器件FET通常運用更老的技術(shù)節點(diǎn)，使用200毫米(和更小的)硅片。然而，功率元器件在過(guò)去的幾十年中不斷發(fā)展和升級。例如，較厚的PVD鋁鍍層(3-10微米)必須沉積在功率元器件的正面，以實(shí)現散熱并提高電學(xué)性能。如果沒(méi)有正確沉積，厚鋁層容易出現晶須和錯位，導致災難性的后果。應用材料公司的EnduraPVDHDR高速沉積鋁反應腔器可確保盡可能減少此類(lèi)缺陷，并使沉積速率較其他與之競爭的技術(shù)高50%以上。

　　此外，5微米至150微米以上的厚外延硅片，進(jìn)行復雜的摻雜以后，能夠實(shí)現低電阻(Rds)、較高的關(guān)斷電阻(Roff)和更快的開(kāi)關(guān)速度。

　　與傳統外延反應腔相比，應用材料公司新推出的CenturaPronto?ATMepi外延反應腔可提高生長(cháng)速度30%以上，化學(xué)品消耗量減少25%，縮短了清潔時(shí)間，降低了設備的擁有成本。該系統表現出卓越的晶片內均勻性和電阻率，可滿(mǎn)足先進(jìn)功率元器件需求。

　　半導體薄膜堆層的結構變化，例如將柵極結構從平面(橫向器件)轉換成溝道結構(垂直器件)，使得絕緣柵雙極晶體管(IGBT)能夠以更低的損耗率實(shí)現更快的開(kāi)關(guān)速度。類(lèi)似地，從多層外延技術(shù)轉向深溝槽填充工藝亦能大幅提升超結MOSFET(SJM)的性能。

　　蝕刻工藝需要一些改進(jìn)和調整，以適應這些方案，其中包括更高的深寬比結構。經(jīng)改進(jìn)后的外延硅膜和注入摻雜分布也能增強產(chǎn)品性能。

　　功率元器件制造商不斷精益求精。公開(kāi)資料顯示日立的高導電性IGBT采用單獨的浮動(dòng)P層，以提高柵極可控性和接通電壓。ABB半導體在溝槽柵下構建P型柱狀注入，以產(chǎn)生超結效應，從而達到更快的開(kāi)關(guān)速度。

　　通過(guò)減薄晶片厚度，可有效減少高速開(kāi)關(guān)的存儲電荷。富士電機最近研發(fā)出漂移層更薄、溝槽間距更小、電場(chǎng)終止層更強的第七代IGBT。

　　然而，專(zhuān)家們紛紛意識到，硅基器件的各項性能已接近極限。功率元器件由于受到硅材料本身的限制，每一次性能的提升僅能帶來(lái)些許改進(jìn)。

　　寬禁帶功率元器件

　　功率IC產(chǎn)業(yè)在尋找新的寬禁帶(WBG)材料，使半導體性能提升到全新的水平。碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)是當前的首選材料，兩者均有一定的優(yōu)勢及劣勢。作為半導體復合材料，他們具有更大的禁帶寬度和擊穿場(chǎng)強，制成的功率元器件具有硅材料無(wú)法匹敵的性能。他們被廣泛認為將引領(lǐng)下一代功率元器件，開(kāi)啟半導體時(shí)代大變革。圖1顯示了SiC和GaN在終端市場(chǎng)應用的一般電壓范圍。