Sammenhængende siliciumcarbid

Halvledere af siliciumcarbid har større båndgab, som muliggør overførsel af elektrisk energi mere effektivt end deres modstykker af silicium, hvilket gør dem velegnede til f.eks. effektelektronik til elektriske køretøjer og instrumenter til rumforskning. Det gør siliciumkarbid særligt velegnet til brug på rovere og sonder.

Coherent etablerer et nyt datterselskab, der skal levere 150 mm og 200 mm siliciumcarbid (SiC)-substrater og epitaksiale wafere. Sohail Khan, Executive VP for Wide Bandgap Electronic Technologies hos Coherent, vil lede denne nye division.

Effektelektronik

Siliciumcarbidchips giver elbiler øget batteristrøm og længere rækkevidde på grund af deres højere effektivitet, hvilket betyder mindre spild af energi i form af varme. Deres termiske modstand gør det også muligt for designere at bygge mindre komponenter, hvilket sparer plads og omkostninger.

Chipproducenterne kæmper for at imødekomme efterspørgslen efter denne teknologi ved at udvikle produktionsinfrastruktur til SiC-wafers - som er tynde skiver af halvledermateriale med forskellige stoffer indbygget. Dette kapløb byder dog på flere forhindringer og udfordringer, herunder at skabe effektive fabrikker med lavere produktionsomkostninger.

Wolfspeed, Infineon og SK Hynix har allerede annonceret planer om at bygge nye wafer-fabrikker, der kan imødekomme den voksende efterspørgsel fra markederne for elbiler (EV) - som forventes at overstige $2 billioner i 2040 - takket være de lukrative muligheder, som denne udvikling giver.

Sohail Khan, Coherents executive vice president for new ventures og wide bandgap electronics technologies, har bemærket, at virksomheder, der producerer effekthalvledere til elbiler, har brug for mere pålidelige siliciumcarbid-wafers for at kunne fremstille mere pålidelige effekthalvledere i disse biler. For at imødekomme dette behov oprettede Coherent for nylig et datterselskab, der udelukkende er dedikeret til at udvide produktionskapaciteten af siliciumcarbidwafere.

DENSO og Mitsubishi Electric vil hver investere $500 millioner for en 12,5% ikke-kontrollerende ejerandel i Coherents nydannede virksomhed, hvilket giver Coherent kapital til at udvide produktionen af 200 mm siliciumcarbid (SiC)-substrater og epitaksiale wafere samt indgå langsigtede leveringsaftaler på armslængdevilkår for at understøtte japanske virksomheders behov.

Partnerskabet med Coherent kan hjælpe virksomheden med at komme på fode igen efter de seneste problemer. Omsætningen i første kvartal steg en smule, men var under de seneste højdepunkter, drevet af et stærkt salg af optiske moduler og lasere.

Denne aftale har til formål at udvide Coherents siliciumcarbid-forretning og etablere sig som en stor leverandør af effekthalvledere. Khan har udtalt, at det er vigtigt at have stærke ledende kunder fra starten, så han valgte DENSO og Mitsubishi som kunder lige fra begyndelsen - de er begge topleverandører af power-systemer til biler, som har købt 150 mm SiC-substrater fra Coherent i tidens løb.

RF & Microwave

Med elbilernes stigende popularitet er siliciumcarbidchips (SiC) hurtigt blevet et fokuspunkt blandt halvledervirksomheder. SiC er meget billigere end traditionelle siliciumchips og kan fungere ved højere temperaturer, hvilket gør det muligt for producenterne at mindske kølesystemerne og samtidig reducere vægten og omkostningerne og øge effekttætheden og forkorte produktionstiden - en vigtig overvejelse, når det gælder om at imødekomme forbrugernes efterspørgsel efter elbiler.

SiC-chips har vist sig at fungere godt i laboratorieforsøg, men det kan være mere kompliceret at integrere dem i kredsløb på grund af øget energibehov og hurtigere opvarmningshastigheder i produktionen, hvilket kræver specialiserede materialer og processer for at sikre, at de kan fungere ved høje hastigheder uden overophedning eller funktionsfejl.

Coherent (formerly II-VI), in response to these challenges, announced its intention to form a subsidiary dedicated solely to SiC production that will manufacture substrates and epitaxial wafers before working closely with customers throughout each stage of production, from raw material through finished device or module production. Coherent will invest in expanding capacity at manufacturing facilities while improving R&D and services capabilities.

Denso og Mitsubishi Electric i Japan vil investere $500 millioner hver til gengæld for 12,5 procent ikke-kontrollerende ejerandele i deres nye datterselskab. Desuden vil der blive indgået langsigtede leveringsaftaler på armslængdevilkår for at imødekomme disse japanske firmaers efterspørgsel efter 150 mm og 200 mm SiC-substrater og epitaksiale wafere.

Coherents samarbejde vil give økonomiske fordele samt innovativ teknologi til det hurtigt voksende marked for elbiler. En af disse innovationer involverer forbedring af spin-kohærens i siliciumcarbid-farvecentre via magnetfelter og RF-pulser; specifikt rettet mod deres 29Si-kernespins, som har lange spin-kohærenstider, der kan forbedres.

Disse signaler reflekteres derefter tilbage på samme kanal og registreres på nøjagtig samme tid, hvilket skaber en kohærent aflæsning af grundtilstanden og muliggør spektralt selektiv kohærent kontrol af qudit-tilstande; figur S8 illustrerer dette med hensyn til 4H-SiC30-tilstande af både PDMR- og ODMR-tilstande.

Biler

Siliciumcarbid (SiC) har unikke egenskaber til elektroniske enheder, der arbejder ved høje temperaturer eller spændinger, og det blev første gang brugt i 1907 med lysdioder (LED) og detektorer i radioer; i dag foretrækkes det til højspændingsswitching - en SiC MOSFET kan switche mere end 100 gange hurtigere end traditionelle siliciumtransistorer og samtidig opretholde sammenlignelige temperaturer.

Coherent's ekspertise inden for siliciumkarbidhalvledere bruges af kunder som den japanske bilproducent DENSO og Tokyo-baserede Mitsubishi Electric til at støtte dem med bilapplikationer, der bruger SiC, herunder effektelektronik til elektriske køretøjer. Tilsammen har de investeret $1 mia. i Coherent's Silicon Carbide Semiconductor-forretning.

Coherent vil beholde 75% ejerskab og kontrol over dette nye datterselskab, mens DENSO og Mitsubishi Electric hver ejer 12,5% ikke-kontrollerende andele. I henhold til Coherent's mål om at generere fremtidige drifts- og kapitalomkostninger uafhængigt af Coherent's andre virksomheder, bør denne virksomhed skabe sine egne driftsomkostninger over tid.

Kunderne omfatter nogle af verdens største bilvirksomheder. "Ideelt set", siger Khan som leder af sit nyoprettede datterselskab. Det nye datterselskab vil samarbejde med virksomheder på både substrat-/epiwaferniveau og på enheds- eller modulniveau.

Da bilverdenen hurtigt overgår til elektriske køretøjer, bør bilproducenter kun have adgang til de højtydende og mest omkostningseffektive power switching-enheder, der findes. Coherent power-transistorer af siliciumcarbid har ikke kun en fremragende ydeevne og pålidelighed; de bidrager også til miljøbeskyttelse ved at reducere energiforbruget, øge effektiviteten og hjælpe med at fremskynde overgangen til lavemissionssamfund.

Coherent's SiC-halvlederprodukter har branchens bedste lavineværdier og RDS(on) ved høje temperaturer, hvilket gør det muligt for designere at designe effektkonverteringssystemer med forbedret effektivitet og reducerede driftsomkostninger. Desuden kan disse SiC-produkter fremstilles ved højere skiftefrekvenser med forbedrede temperatur-, frekvens- og spændingsegenskaber i forhold til deres siliciummodstykker, hvilket muliggør produktion af mindre, lettere bilmotorer, der er nødvendige for at drive den næste generation af grønne biler på markedet.

Luft- og rumfart

SiC has proven itself indispensable to the aerospace industry for various demanding applications, including high-power laser amplifiers, harsh environment sensing, LiDAR systems and sensor arrays. According to Yole Group market research firm’s estimate, SiC market size in space should surpass $21 billion USD by 2027 (Chiu & Dogmus).

Siliciumcarbid (SiC) har mange anvendelsesmuligheder, og elektronik i ekstreme miljøer er en af de mere attraktive anvendelser. SiC's nøgleegenskaber gør det ideelt til brug i miljøer som flymotorer, satellitnavigationssystemer, radar- og kommunikationssystemer, der kræver høje temperaturer og spændinger.

Men for at kunne anvende SiC under disse ekstreme forhold kræves der mere end blot en fremstillingsproces i industriel skala; man skal have et indgående kendskab til dets egenskaber på molekylært niveau.

Forskere fra University of California, Berkeley, har gjort fremskridt i retning af deres mål. Ved hjælp af spektroskopi i høj opløsning har de observeret kvantefaseovergange i krystallinsk siliciumcarbid; deres observationer kan give fingerpeg om, hvordan dets elektroniske spin-tilstande opfører sig ved lave temperaturer.

Denne opdagelse giver et mere komplet billede af siliciumkarbidens fysiske opførsel, end der tidligere har været tilgængeligt, hvilket kan hjælpe ingeniører med at designe masere ved stuetemperatur og følsomme magnetfeltsensorer ved hjælp af siliciumkarbid.

Coherent anvender sin indsigt i sit seneste projekt. Virksomheden etablerede for nylig et datterselskab for at udvide den vertikalt integrerede produktion af SiC-substrater, epiwafere og enheder med Denso og Mitsubishi Electric, der tilsammen investerede $1 mia. i denne satsning under ledelse af Sohail Khan - executive vice president for Wide Bandgap Electronic Technologies hos Coherent.

To japanske konglomerater vil hver investere $500 millioner i et nyt datterselskab til gengæld for 12,5% ikke-kontrollerende ejerandel og langsigtede leveringsaftaler til støtte for SiC-aktiviteterne, ifølge Khan. Han siger, at denne tilgang giver hans team adgang til maksimal kundefeedback, som er nødvendig for at få succes.