Кохерентният силициев карбид (SiC) е ключов огледален материал за астрономически телескопи и силова електроника за електрически превозни средства

Твърдите и твърди повърхностни свойства на силициевия карбид го правят отличен материал за огледала на астрономически телескопи, а също и ключова част от силовата електроника в наземни електрически превозни средства и космически сонди.

Хан отбелязва, че DENSO и Mitsubishi Electric са две водещи системни компании, които активно закупуват SiC чипове както на ниво субстрат, така и на ниво епопласт.

Какво е кохерентност?

Силициевият карбид, заедно с екзотични полупроводникови материали като галиев нитрид и галиев оксид, напоследък се появяват на първите страници на вестниците поради потенциала им да заменят традиционния силиций в някои приложения, като например силовата електроника за електрически превозни средства. Тази тенденция се стимулира от доходоносните възможности, които предоставят екологичните технологии, като електромобили, соларни панели и усъвършенствани сензори, които трябва да работят в тежки условия.

Компаниите, които искат да се възползват от нарастващото търсене на устройства за силова електроника, трябва да имат достъп до големи количества висококачествени пластини от силициев карбид (SiC). Американската компания Coherent, известна преди като II-VI, но понастоящем произвеждаща лазери и превключватели за електрически вериги, планира да се възползва от тази тенденция, като създаде дъщерно дружество, посветено единствено на производството на SiC пластини.

Неотдавна компанията обяви, че е осигурила комбинирана инвестиция от $1 милиарда евро от японските фирми DENSO и Mitsubishi Electric за бизнеса си с полупроводници от силициев карбид (SiC). Тази инвестиция ще ускори капиталовите планове през следващите години, тъй като подпомага разширения производствен капацитет на 150- и 200-милиметрови SiC субстрати и епитаксиални пластини.

Инвестицията на Coherent идва в момент, когато пазарните оценки показват, че общият пазар на SiC ще достигне приблизително $21 милиарда до 2030 г., което кара Coherent да разшири производствените си операции за субстрати и епитаксиални пластини, произведени с този материал, за да отговори на това нарастващо търсене, разширявайки глобалната лидерска позиция на Coherent в технологията SiC заедно с тези операции.

SiC чиповете привлякоха голям интерес поради по-високата си ефективност, за която свидетелства фактът, че те губят само половината от енергията за отопление в сравнение с чиповете на силициева основа. Това позволява на компонентите на силовата електроника да работят при по-ниски температури, като същевременно се спестяват разходи и тегло; освен това по-малкото загуба на топлина означава, че батериите издържат по-дълго!

Друг фактор е, че SiC полупроводниците са изработени от по-здрав и устойчив на износване материал от силиция, което спомага за удължаване на експлоатационния им живот. Поради тези и други причини производителите на силова електроника с охота приемат SiC. В резултат на това фирми като Wolfspeed обявиха през лятото на 2018 г., че изграждат най-голямото в света предприятие за производство на SiC, а Infineon обяви планове за разработване на свой собствен завод.

Приложения

SiC се използва широко в полупроводниковата електроника поради отличната си топлопроводимост, твърдост и твърдост - свойства, които го правят идеален за високи температури и напрежения. Превъзходната топлопроводимост на SiC позволява да се използват големи приложения за преобразуване на енергия, като инвертори и задвижвания за електрически превозни средства, както и системи за пренос на енергия, които използват неговото ниско електрическо съпротивление, което помага за намаляване на топлинните загуби, като същевременно подобрява ефективността. По същия начин технологията SiC се използва от космическите обсерватории Herschel и Gaia поради ниския си коефициент на топлинно разширение; огледалата, изработени от SiC, могат да достигнат размери до 3,5 метра (11 фута).

Бизнесът със силициев карбид на Coherent е предизвикал интереса на три японски конгломерата - Denso Corp, Hitachi Ltd и Mitsubishi Electric Corp - като всеки конгломерат обмисля да инвестира в него на стойност до $5 милиарда евро, според запознат с въпроса източник, който е помолил да не бъде идентифициран, тъй като въпросът се счита за поверителен.

С нарастването на световното търсене на електрически превозни средства се увеличава и тяхното търсене. За да се постигне все по-голям пробег, да се намалят разходите за батерии и да се ограничат ефективно емисиите, се очаква преобразувателите на мощност, базирани на силициев карбид (SiC), да бъдат широко разпространени от около 2025 г. във високотехнологичните електрически превозни средства, преди да се разпространят сред автомобилите и промишлените приложения за захранване.

Освен че произвежда SiC субстрати, това дъщерно дружество е разширило дейността си в областта на производството на устройства и модули. Хан вярва, че ключът към техния успех се крие в работата с водещи системни компании като Mitsubishi Electric и Denso, за да се извлече максимална полза от сътрудничеството и по този начин да се подобрят производствените процеси.

Тази компания се стреми да произвежда 200-милиметрови n-тип 4H SiC субстрати, подходящи за производство на високоефективни SiC мощни MOSFET-и с по-висока устойчивост на напрежение и температура, както и с по-голяма надеждност, производителност и живот в сравнение с традиционните силициеви чипове. SiC MOSFET осигуряват системи за силова електроника, които трябва да работят при по-високи честоти, температури, по-широки диапазони на мощност и при намалени разходи - идеални решения, които помагат за намаляване на емисиите на CO2, като същевременно ускоряват прехода към решения за чиста енергия.

Технология

Силициевият карбид (SiC) е изключително твърд и крехък кристален материал, който се използва в полупроводникови електронни устройства, работещи при високи температури или напрежения, и е отличен проводник на електричество при стайна температура. SiC може да издържа на изключително високи температури или напрежения и е отличен проводник на електричество при стайна температура; като такъв той намира приложение в светодиоди, детектори в ранни радиоприемници, преобразуватели на енергия (като тези в електрическите превозни средства), светодиоди и преобразуватели на енергия в ранни радиоприемници - с всички видове приложения, които се намират в устройствата на полупроводниковата електроника, използващи SiC. Естественият моисанит се добива само в много ограничени количества, докато почти целият SiC, продаван в търговската мрежа, е синтетично произведен от намерена суровина.

Чиповете, изработени от силициев карбид, могат да имат няколко предимства пред силициевите си аналози в приложенията на силовата електроника, включително по-ниски работни температури и честоти на превключване. Неотдавна Coherent влезе в заглавията на вестниците за създаването на свое дъщерно дружество, посветено единствено на производството на силициев карбид - следвайки стъпките на Wolfspeed, които построиха най-голямата фабрика за силициев карбид в Германия, и Infineon Technologies, които произвеждат полупроводникови устройства.

Бизнесът на Coherent със силициев карбид се разраства експоненциално от основаването си, произвеждайки големи пластини за производство на високопроизводителни енергийни устройства. Създадени са линии за обработка на подложки с диаметър до 200 mm и са квалифицирани инструменти за използване в този процес. Освен това филиалът за производство на епитаксиални пластини служи и като отправна точка за производство на редица мощни полупроводникови устройства.

За да се увеличи добивът и да се намалят разходите, дъщерното дружество е приело процеса Lely, при който прахът от силициев карбид се сублимира в по-високотемпературни видове SiC, като силициев нитрид (SiN) и силициев дикарбид (Si2C). Методът на Lely позволява израстването на монокристали с висока чистота, които след това се нарязват, за да се създадат епитаксиални пластини за отделни епитаксиални пластини - той може да бъде по-скъп от химическото отлагане от пари, но се счита за съществен при производството на надеждни, но намаляващи разходите полупроводникови устройства от силициев карбид.

Дъщерното дружество е подписало дългосрочни споразумения за доставка с DENSO и Mitsubishi Electric, които използват SiC субстрати и епитаксиални пластини, произведени от нашето дъщерно дружество, за производство на преобразуватели на енергия в електрически автомобили. По силата на тези договори ще бъдат закупени 150-милиметрови и 200-милиметрови SiC субстрати, за да се поддържат съответните им нужди от силова електроника.

Ценообразуване

Акциите на Coherent COHR, +4.52% се покачиха във вторник след новината, че бизнесът ѝ с полупроводници от силициев карбид ще получи $1 млрд. от японските производители на автомобили Denso 6902, -1.07% и Mitsubishi Electric 6503 -0.68%, които ще инвестират по $500 млн. за 12.5% неконтролиращи дялове; базираната в Питсбърг Coherent притежава 75%.

Инвестицията на Coherent ще ускори плановете за разширяване на капитала и ще даде възможност за сключване на дългосрочни споразумения за доставка. Освен това тази транзакция дава възможност на Coherent да се превърне в търговски играч, ангажиран с клиенти на всички нива на веригата за създаване на стойност - от производството на SiC субстрати и епиреактори до проектирането и производството на устройства и модули. Сохаил Хан, старши EVP за новите предприятия и бизнеса с широколентова електроника, ще ръководи новото дъщерно дружество като главен изпълнителен директор.

В резултат на инвестициите си комуникационният сегмент на наследената компания Coherent представлява около 65% от общите приходи през фискалната 2018 г.; според рейтингите на Fitch благодарение на тези инвестиции се очаква до фискалната 2023 г. бизнесът им да достигне приходи от над $2 милиарда и марж на печалбата от над 15%. Това представлява впечатляващ тласък в сравнение с приноса му от приблизително $650 млн. годишни приходи през фискалната 2018 г.

Силициевият карбид е екзотично съединение, което се среща в малки количества само в някои метеоритни и корундови находища и в скъпоценния камък моисанит. Благодарение на специалните си свойства силициевият карбид се е превърнал в неразделна част от високотемпературната електроника и силовите електронни приложения; той е способен да издържа на по-високи температури и напрежения от силиция, като същевременно провежда електричество по-ефективно от алуминия или стоманата. Освен това силициевият карбид е значително по-лек и по-здрав от своите аналози от алуминий и стомана.

През последните две години Coherent инвестира значително в своя бизнес, за да увеличи капацитета си и да подкрепи непрекъснатото си разрастване, включително изграждането на линия за производство на 300 мм пластини, както и инвестиции в оборудване за обработка на епълски пластини и възможности за научноизследователска и развойна дейност. Понастоящем Coherent доставя SiC пластини с диаметър 200 и 400 мм на различни клиенти по целия свят.

От Fitch очакват, че растежът в бизнеса със силициев карбид, съчетан с ефективността на разходите от придобиването на Coherent, ще помогне да се компенсира слабостта в другите сегменти, което ще доведе до покритие на лихвите по EBITDA на нива, близки до типичните "ВВ" през периода на прогнозиране.