Sammenhængende siliciumcarbid (SiC) er et vigtigt spejlmateriale til astronomiske teleskoper og effektelektronik til elektriske køretøjer

Siliciumkarbidens hårde og stive overfladeegenskaber gør det til et fremragende spejlmateriale til astronomiske teleskoper, og det udgør også en vigtig del af effektelektronikken i elektriske køretøjer på jorden og rumsonder.

Khan bemærker, at DENSO og Mitsubishi Electric er to førende systemvirksomheder, der aktivt indkøber SiC-chips på både substrat- og epiwaferniveau.

Hvad er kohærent?

Siliciumcarbid har sammen med eksotiske halvledermaterialer som galliumnitrid og galliumoxid for nylig trukket overskrifter på grund af deres potentiale til at erstatte traditionelt silicium i nogle anvendelser som f.eks. effektelektronik til elektriske køretøjer. Denne tendens drives frem af de lukrative muligheder, der ligger i grønne teknologier som elbiler, solpaneler og avancerede sensorer, der skal fungere i barske miljøer.

Virksomheder, der ønsker at drage fordel af den stigende efterspørgsel efter effektelektroniske enheder, skal have adgang til store mængder siliciumcarbid (SiC)-wafere af høj kvalitet. Det amerikanske firma Coherent, der tidligere var kendt som II-VI, men som nu fremstiller lasere og switche til kredsløb, planlægger at udnytte denne tendens ved at oprette et datterselskab, der udelukkende er dedikeret til produktion af SiC-wafere.

For nylig meddelte virksomheden, at den havde sikret sig en samlet investering på $1 mia. fra de japanske firmaer DENSO og Mitsubishi Electric til sin siliciumcarbid (SiC)-halvledervirksomhed. Denne investering vil fremskynde kapitalplanerne i de kommende år, da den understøtter en udvidet produktionskapacitet af 150 mm og 200 mm SiC-substrater og epitaksiale wafere.

Coherent's investering kommer på et tidspunkt, hvor markedsestimater indikerer, at det samlede adresserbare marked for SiC vil nå ca. $21 milliarder i 2030, hvilket får Coherent til at skalere sin produktion af substrater og epitaksiale wafere fremstillet ved hjælp af dette materiale for at imødekomme denne stigende efterspørgsel og udvide Coherent's globale lederposition inden for SiC-teknologi i takt med disse operationer.

SiC-chips har tiltrukket sig stor interesse på grund af deres overlegne effektivitet, som viser sig ved, at de kun mister halvt så meget energi til varme som siliciumbaserede chips gør. Det gør det muligt for effektelektronikkomponenter at arbejde ved lavere temperaturer, samtidig med at der spares omkostninger og vægt; plus at mindre spild af varme betyder, at batterierne holder længere!

En anden faktor er, at SiC-halvledere er lavet af stærkere og mere slidstærkt materiale end silicium, hvilket er med til at forlænge deres levetid. På grund af disse og andre årsager har producenter af effektelektronik ivrigt taget SiC til sig. Derfor annoncerede firmaer som Wolfspeed i sommeren 2018, at de var i gang med at bygge verdens største SiC-fabrik, mens Infineon annoncerede planer om at udvikle deres eget anlæg.

Anvendelser

SiC bruges i vid udstrækning i halvlederelektronik på grund af sin fremragende varmeledningsevne, hårdhed og stivhed - egenskaber, der gør det ideelt til høje temperaturer og spændinger. SiC's overlegne varmeledningsevne muliggør store strømkonverteringsapplikationer som invertere og drivlinjer til elektriske køretøjer samt kraftoverføringssystemer, der bruger dens lave elektriske modstand, som hjælper med at reducere varmetab og samtidig forbedre effektiviteten. Ligeledes bruges SiC-teknologi af Herschel- og Gaia-rumobservatorierne på grund af den lave varmeudvidelseskoefficient; spejle lavet af SiC kan endda nå dimensioner på op til 3,5 meter (11 fod).

Coherent's siliciumcarbidforretning har vakt interesse hos tre japanske konglomerater - Denso Corp, Hitachi Ltd og Mitsubishi Electric Corp - og hvert konglomerat overvejer at investere i den til en værdi af op til $5 milliarder, ifølge en kilde med kendskab til sagen, som bad om ikke at blive identificeret, fordi sagen blev betragtet som fortrolig.

I takt med at den globale efterspørgsel efter elbiler stiger, skyder efterspørgslen efter dem også i vejret. For at imødekomme den stigende rækkevidde, reducere batteriomkostningerne og begrænse emissionerne effektivt forventes effektomformere baseret på siliciumcarbid (SiC) at blive udbredt fra omkring 2025 i avancerede elbiler, før de spredes til alle biler og industrielle energianvendelser.

Ud over at producere SiC-substrater har dette datterselskab udvidet til produktion af enheder og moduler. Khan mener, at nøglen til deres succes ligger i at arbejde sammen med førende systemvirksomheder som Mitsubishi Electric og Denso for at få maksimal læring ud af samarbejdet og dermed forbedre produktionsprocesserne.

Denne virksomhed søger at producere 200 mm n-type 4H SiC-substrater, der er egnede til fremstilling af højtydende SiC power MOSFET'er med overlegen spændings- og temperaturmodstand og pålidelighed, ydeevne og levetid sammenlignet med traditionelle siliciumchips. SiC MOSFET'er leverer effektelektroniksystemer, der skal fungere ved højere frekvenser, temperaturer, bredere effektområder og til reducerede omkostninger - ideelle løsninger, der hjælper med at reducere CO2-emissioner, samtidig med at overgangen til rene energiløsninger fremskyndes.

Teknologi

Siliciumcarbid (SiC) er et ekstremt hårdt og skørt krystalmateriale, der bruges i halvlederelektronik, som arbejder under høje temperaturer eller spændinger, og som er en fremragende leder af elektricitet ved stuetemperatur. SiC kan modstå ekstremt høje temperaturer eller spændinger og er en fremragende leder af elektricitet ved stuetemperatur; som sådan finder det anvendelse i lysemitterende dioder (LED'er), detektorer i tidlige radioer, strømomformere (som dem, der findes i elektriske køretøjer), lysemitterende dioder (LED'er) og strømomformere i tidlige radioer - med alle typer anvendelser, der findes inden for halvlederelektroniske enheder, der bruger SiC. Naturlig moissanit udvindes kun i meget begrænsede mængder, mens stort set alt SiC, der sælges kommercielt, er syntetisk fremstillet af råmateriale.

Chips lavet af siliciumcarbid kan give flere fordele i forhold til deres modstykker af silicium i effektelektronik, herunder lavere driftstemperaturer og skiftefrekvenser. For nylig skabte Coherent overskrifter ved at etablere et datterselskab, der udelukkende er dedikeret til produktion af siliciumcarbid - i fodsporene på Wolfspeed, der byggede Tysklands største siliciumcarbidfabrik, og Infineon Technologies, der fremstiller halvlederenheder.

Coherent's siliciumcarbidforretning er vokset eksponentielt siden grundlæggelsen og producerer store wafers til fremstilling af højtydende power-enheder. Der er etableret linjer til håndtering af substrater på op til 200 mm i diameter, og værktøjer er blevet kvalificeret til brug i denne proces. Desuden fungerer et datterselskab, der fremstiller epitaksiale wafere, også som udgangspunkt for fremstilling af en række effekthalvlederenheder.

For at maksimere udbyttet og reducere omkostningerne er datterselskabet begyndt at anvende Lely-processen, hvor siliciumcarbidpulver sublimeres til SiC-arter ved højere temperaturer, såsom siliciumnitrid (SiN) og siliciumdicarbid (Si2C). Lely-metoden giver mulighed for vækst af enkeltkrystaller med høj renhed, som derefter skæres for at skabe epitaksiale skiver til individuelle epitaksiale skiver - det kan være dyrere end kemisk dampudfældning, men anses for at være afgørende for at producere pålidelige, men omkostningsbesparende halvlederenheder af siliciumcarbid.

Datterselskabet har underskrevet langsigtede leveringsaftaler med DENSO og Mitsubishi Electric, som bruger SiC-substrater og epitaksiale wafere produceret af vores datterselskab til fremstilling af effektomformere i elbiler. I henhold til disse kontrakter vil der blive købt 150 mm og 200 mm SiC-substrater til at understøtte deres respektive behov for effektelektronik.

Prisfastsættelse

Coherent COHR, +4,52%-aktier steg tirsdag efter nyheden om, at dens siliciumcarbid-halvledervirksomhed vil modtage $1 milliard fra de japanske bilproducenter Denso 6902, -1,07% og Mitsubishi Electric 6503 -0,68%, som hver vil investere $500 millioner for 12,5% ikke-kontrollerende andele; Pittsburgh-baserede Coherent ejer 75%.

Coherent's investering vil fremskynde kapitaludvidelsesplanerne og muliggøre langsigtede leveringsaftaler. Desuden gør denne transaktion det muligt for Coherent at blive en kommerciel aktør, der samarbejder med kunder på alle niveauer i værdikæden fra fremstilling af SiC-substrater og epireaktorer til design og produktion af enheder og moduler. Sohail Khan, senior EVP for new ventures og widebandgap electronics business, vil lede det nye datterselskab som CEO.

Som et resultat af investeringen stod Coherents kommunikationssegment for omkring 65% af de samlede indtægter i regnskabsåret 2018; på grund af denne investering forventes det, at deres virksomhed vil opnå en omsætning på mere end $2 milliarder og en fortjenstmargen på mere end 15% i regnskabsåret 2023, ifølge Fitch ratings. Det er et imponerende løft i forhold til deres bidrag på ca. $650 millioner årligt i indtægter i regnskabsåret 2018.

Siliciumcarbid er en eksotisk forbindelse, der kun findes i små mængder i visse meteorit- og korundaflejringer og i ædelstenen moissanit. På grund af sine særlige egenskaber er siliciumcarbid blevet en integreret komponent i højtemperaturelektronik og effektelektronik; det kan modstå højere temperaturer og spændinger end silicium, samtidig med at det leder elektricitet mere effektivt end aluminium eller stål. Desuden er siliciumcarbid betydeligt lettere og stærkere end sine modstykker af aluminium og stål.

Coherent har investeret betydeligt i sin virksomhed i løbet af de sidste to år for at øge kapaciteten og understøtte den fortsatte ekspansion, herunder opbygning af en 300 mm wafer-produktionslinje samt investering i epi-wafer-behandlingsudstyr og forsknings- og udviklingskapacitet. Coherent leverer nu SiC-wafere i både 200 og 400 mm diameter til forskellige kunder over hele verden.

Fitch forventer, at væksten i siliciumcarbidforretningen kombineret med omkostningseffektivitet fra opkøbet af Coherent vil hjælpe med at opveje svagheden i andre segmenter, hvilket fører til EBITDA-rentedækning på niveauer tættere på typiske "BB"-niveauer i løbet af prognoseperioden.