Кохерентен силициев карбид

Полупроводниците от силициев карбид се отличават с по-широки ленти на пропускане, които позволяват по-ефективен пренос на електрическа енергия в сравнение с техните силициеви аналози, което ги прави подходящи за приложения като силова електроника за електрически превозни средства и инструменти за космически изследвания. Това прави силициевия карбид особено подходящ за използване в марсоходи и сонди.

Coherent създава ново дъщерно дружество за доставка на 150- и 200-милиметрови субстрати и епитаксиални пластини от силициев карбид (SiC). Сохаил Хан, изпълнителен вицепрезидент за електронни технологии с широк диапазон на пропускане в Coherent, ще ръководи това ново подразделение.

Силова електроника

Чиповете от силициев карбид осигуряват на електрическите превозни средства по-голяма мощност на батериите и удължен пробег благодарение на по-високата си ефективност, което означава по-малко загуба на енергия под формата на топлина. Тяхната термична устойчивост също така позволява на дизайнерите да създават по-малки компоненти, които спестяват място и разходи.

Производителите на чипове се надпреварват да отговорят на търсенето на тази технология, като разработват производствена инфраструктура за SiC пластини - тънки парчета полупроводников материал с вложени различни вещества. Тази надпревара обаче е свързана с редица пречки и предизвикателства, включително създаването на ефективни фабрики с по-ниски производствени разходи.

Wolfspeed, Infineon и SK Hynix вече обявиха плановете си за изграждане на нови фабрики за производство на пластини, които да могат да посрещнат нарастващите изисквания на пазарите на електрически превозни средства (ЕПС) - прогнозите са, че през 2040 г. те ще надхвърлят $2 трилиона - благодарение на доходоносните възможности, които предоставят тези разработки.

Сохаил Хан, изпълнителен вицепрезидент на Coherent за нови предприятия и технологии за електроника с широка лента, отбеляза, че компаниите, произвеждащи силови полупроводници за електрически превозни средства, се нуждаят от по-надеждни силициевокарбидни пластини, за да произвеждат по-надеждни силови полупроводници в тези превозни средства. За да отговори на тази нужда, Coherent наскоро създаде дъщерно дружество, което се занимава единствено с разширяване на производствения капацитет на силициевокарбидни пластини.

DENSO и Mitsubishi Electric ще инвестират по $500 милиона за неконтролиращ дял от 12,5% в новосъздадения бизнес на Coherent, осигурявайки на Coherent капитал за разширяване на производството на 200-милиметрови субстрати от силициев карбид (SiC) и епитаксиални пластини, както и за сключване на дългосрочни споразумения за доставка в подкрепа на изискванията на японските фирми.

Партньорството на Coherent може да ѝ помогне да се възстанови след последните си трудности. Приходите за първото тримесечие леко нараснаха, но бяха по-ниски от последните високи стойности, което се дължеше на силните продажби на оптични модули и лазери.

Тази сделка има за цел да разшири дейността на Coherent в областта на силициевия карбид и да се утвърди като основен доставчик на силови полупроводници. Хан заяви, че е важно да има силни водещи клиенти от самото начало, така че избра DENSO и Mitsubishi за клиенти от самото начало - и двамата са водещи доставчици на автомобилни силови системи, които с течение на времето са закупили 150-милиметрови SiC субстрати от Coherent.

Радиочестоти и микровълни

С нарастващата популярност на електрическите превозни средства (EV) чиповете от силициев карбид (SiC) бързо се превърнаха в централна тема сред компаниите за полупроводници. SiC е много по-евтин от традиционните силициеви чипове и може да работи при по-високи температури, което позволява на производителите да свият охладителните системи, като същевременно намалят теглото и разходите, повишавайки плътността на мощността и съкращавайки сроковете за производство - важен фактор за задоволяване на потребителското търсене на електромобили.

SiC чиповете се представят добре в лабораторни експерименти, но интегрирането им във вериги може да се окаже по-сложно поради повишените енергийни изисквания и по-бързите скорости на нагряване за производство, изискващи специализирани материали и процеси, за да се гарантира, че те могат да работят при високи скорости, без да прегряват или да се повреждат.

В отговор на тези предизвикателства Coherent (бивша II-VI) обяви намерението си да създаде дъщерно дружество, посветено единствено на производството на SiC, което ще произвежда субстрати и епитаксиални пластини, след което ще работи в тясно сътрудничество с клиентите на всеки етап от производството - от суровините до производството на готови устройства или модули. Coherent ще инвестира в разширяване на капацитета на производствените съоръжения, като същевременно ще подобри възможностите за научноизследователска и развойна дейност и услуги.

Denso и японската Mitsubishi Electric ще инвестират по $500 милиона евро в замяна на 12,5% неконтролиращи дялове в новото си дъщерно дружество. Освен това ще бъдат сключени дългосрочни споразумения за доставка, за да се отговори на търсенето от страна на тези японски фирми на 150- и 200-милиметрови SiC субстрати и епитаксиални пластини.

Сътрудничеството на Coherent ще донесе финансови ползи, както и иновативна технология за бързо развиващия се пазар на електрически превозни средства. Една такава иновация включва подобряване на спиновата кохерентност на цветните центрове от силициев карбид чрез магнитни полета и радиочестотни импулси; по-специално насочване към техните 29Si ядрени спинове, които имат дълго време на спинова кохерентност, което може да бъде подобрено.

След това тези сигнали се отразяват обратно в същия канал и се откриват точно по едно и също време, създавайки кохерентно отчитане на основното състояние и позволявайки спектрално селективно кохерентно управление на режимите qudit; Фигура S8 илюстрира това по отношение на състоянията 4H-SiC30 на режимите PDMR и ODMR.

Автомобилна индустрия

Силициевият карбид (SiC) предлага уникални свойства за електронни устройства, работещи при високи температури или напрежения, като първоначалната му употреба започва през 1907 г. със светодиоди и детектори в радиоприемниците; днес той е предпочитан в приложенията за превключване на енергия при високо напрежение - SiC MOSFET може да превключва с повече от 100 пъти по-висока скорост от традиционните силициеви транзистори, като същевременно поддържа сравними температури.

Експертният опит на Coherent в областта на полупроводниците от силициев карбид се използва от клиенти като японския автомобилен доставчик DENSO и базираната в Токио Mitsubishi Electric, за да им помогне с автомобилни приложения, използващи SiC, включително силова електроника за електрически превозни средства. Заедно те са инвестирали общо $1 милиарда евро в бизнеса на Coherent с полупроводници от силициев карбид.

Coherent ще запази собствеността и контрола върху 75% от този нов дъщерен бизнес, докато DENSO и Mitsubishi Electric притежават по 12,5% неконтролиращи дялове. Съгласно целта на Coherent да генерира бъдещи оперативни и капиталови разходи независимо от другите бизнеси на Coherent, този бизнес трябва да създаде свои собствени оперативни разходи с течение на времето.

Сред клиентите са някои от най-големите автомобилни компании в света. “В идеалния случай”, заявява Хан като ръководител на новосъздадената си дъщерна компания. Новото дъщерно дружество ще работи с компании както на ниво субстрат/епифайър, така и на ниво устройство или модул.

Тъй като светът на автомобилите бързо преминава към електрически превозни средства, производителите на автомобили трябва да имат достъп само до най-високопроизводителните и икономически ефективни устройства за превключване на захранването. Силовите транзистори от кохерентен силициев карбид не само предлагат отлична производителност и надеждност, но и допринасят за опазването на околната среда, като намаляват потреблението на енергия, повишават ефективността и спомагат за ускоряване на прехода към нисковъглеродни общества.

SiC полупроводниковите продукти на Coherent се отличават с водещи в индустрията лавинни показатели и RDS(on) при високи температури, което позволява на проектантите да разработват системи за преобразуване на енергия с подобрена ефективност и намалени експлоатационни разходи. Освен това тези SiC продукти могат да се произвеждат при по-високи честоти на превключване с подобрени температурни, честотни и напреженови възможности в сравнение с техните силициеви аналози, което позволява производството на по-малки и по-леки автомобилни двигатели, необходими за пускането на пазара на следващото поколение екологични автомобили.

Aerospace

SiC се е доказал като незаменим в космическата индустрия за различни взискателни приложения, включително мощни лазерни усилватели, сензори за сурова среда, системи LiDAR и сензорни масиви. Според оценката на фирмата за пазарни проучвания Yole Group, размерът на пазара на SiC в космическата индустрия трябва да надхвърли $21 милиарда щатски долара до 2027 г. (Chiu & Dogmus).

Силициевият карбид (SiC) има многобройни приложения, като електрониката в екстремни условия е едно от най-привлекателните приложения за използването му. Основните характеристики на SiC го правят идеален за работа в среди като самолетни двигатели, сателитни навигационни системи, радари и комуникационни системи, изискващи високи температури и напрежения.

Но за успешната експлоатация на SiC в тези екстремни условия се изисква нещо повече от просто производствен процес в промишлен мащаб; необходими са задълбочени познания за свойствата му на молекулярно ниво.

Учени от Калифорнийския университет в Бъркли са постигнали напредък в постигането на целта си. С помощта на спектроскопия с висока разделителна способност те са наблюдавали квантови фазови преходи в кристален силициев карбид; наблюденията им могат да дадат сведения за поведението на електронните спинови състояния при ниски температури.

Това откритие предлага по-пълна картина на физическото поведение на силициевия карбид, отколкото е имало досега, което може да помогне на инженерите при проектирането на мазери за стайна температура и чувствителни сензори за магнитно поле, използващи силициев карбид.

Coherent прилага своите прозрения в последния си проект. Компанията наскоро създаде дъщерно дружество за разширяване на вертикално интегрираното производство на SiC субстрати, ефирни пластини и устройства, като Denso и Mitsubishi Electric инвестираха общо $1 милиарда евро в това предприятие, ръководено от Сохаил Хан - изпълнителен вицепрезидент за широколентови електронни технологии в Coherent.

Два японски конгломерата ще инвестират по $500 млн. в ново дъщерно дружество в замяна на 12,5% неконтролиращ дял от собствеността и дългосрочни споразумения за доставка в подкрепа на дейността му в областта на SiC, според Khan. Той заявява, че този подход дава на екипа му достъп до максимална обратна връзка с клиентите, необходима за успеха.