Kohärentes Siliziumkarbid (SiC) ist ein wichtiges Spiegelmaterial für astronomische Teleskope und Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge

Die harten und starren Oberflächeneigenschaften von Siliziumkarbid machen es zu einem ausgezeichneten Spiegelmaterial für astronomische Teleskope und sind auch ein wichtiger Bestandteil der Leistungselektronik in Elektrofahrzeugen und Raumsonden.

Khan merkt an, dass DENSO und Mitsubishi Electric zwei führende Systemunternehmen sind, die aktiv SiC-Chips sowohl auf Substrat- als auch auf Epiwafer-Ebene beschaffen.

Was ist kohärent?

Siliziumkarbid und exotische Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid und Galliumoxid haben in letzter Zeit für Schlagzeilen gesorgt, weil sie das Potenzial haben, herkömmliches Silizium in einigen Anwendungen wie der Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge zu ersetzen. Dieser Trend wird durch die lukrativen Möglichkeiten vorangetrieben, die sich durch umweltfreundliche Technologien wie Elektrofahrzeuge, Solarpaneele und fortschrittliche Sensoren ergeben, die in rauen Umgebungen funktionieren müssen.

Unternehmen, die von der steigenden Nachfrage nach leistungselektronischen Geräten profitieren wollen, müssen Zugang zu großen Mengen hochwertiger Siliziumkarbidwafer (SiC) haben. Das amerikanische Unternehmen Coherent, das früher unter dem Namen II-VI bekannt war und heute Laser und Schalter für Schaltkreise herstellt, plant, sich diesen Trend zunutze zu machen, indem es eine Tochtergesellschaft gründet, die sich ausschließlich mit der Herstellung von SiC-Wafern befasst.

Kürzlich gab das Unternehmen bekannt, dass es von den japanischen Firmen DENSO und Mitsubishi Electric Investitionen in Höhe von insgesamt $1 Mrd. für sein Siliziumkarbid (SiC)-Halbleitergeschäft erhalten hat. Diese Investition wird die Kapitalpläne in den kommenden Jahren beschleunigen, da sie die Erweiterung der Produktionskapazitäten für 150mm- und 200mm-SiC-Substrate und Epitaxiewafer unterstützt.

Die Investition von Coherent erfolgt zu einer Zeit, in der Marktschätzungen zufolge der gesamte adressierbare Markt für SiC bis 2030 etwa $21 Mrd. erreichen wird, was Coherent dazu veranlasst, seine Fertigung von Substraten und Epitaxiewafern, die mit diesem Material hergestellt werden, zu erweitern, um diese steigende Nachfrage zu befriedigen und gleichzeitig die globale Führungsposition von Coherent in der SiC-Technologie auszubauen.

SiC-Chips haben aufgrund ihrer überragenden Effizienz großes Interesse auf sich gezogen. Dies zeigt sich darin, dass sie nur halb so viel Energie an Wärme verlieren wie Chips auf Siliziumbasis. Dadurch können die Komponenten der Leistungselektronik bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden, was Kosten und Gewicht spart.

Ein weiterer Faktor ist, dass SiC-Halbleiter aus festerem und abriebfesterem Material als Silizium hergestellt werden, was zu einer längeren Betriebslebensdauer beiträgt. Aus diesen und anderen Gründen haben sich die Hersteller von Leistungselektronik eifrig für SiC entschieden. Infolgedessen kündigten Unternehmen wie Wolfspeed im Sommer 2018 den Bau der weltweit größten SiC-Fertigungsanlage an, während Infineon Pläne für die Entwicklung einer eigenen Anlage bekannt gab.

Anwendungen

SiC wird aufgrund seiner ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit, Härte und Steifigkeit - Eigenschaften, die es ideal für hohe Temperaturen und Spannungen machen - häufig in der Halbleiterelektronik eingesetzt. Die überragende Wärmeleitfähigkeit von SiC ermöglicht große Energieumwandlungsanwendungen wie Wechselrichter und Antriebsstränge für Elektrofahrzeuge sowie Energieübertragungssysteme, die den geringen elektrischen Widerstand nutzen, der zur Verringerung von Wärmeverlusten bei gleichzeitiger Verbesserung der Effizienz beiträgt. Ebenso wird die SiC-Technologie aufgrund ihres geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten von den Weltraumobservatorien Herschel und Gaia genutzt; aus SiC hergestellte Spiegel können sogar Abmessungen von bis zu 3,5 Metern (11 Fuß) erreichen.

Das Siliziumkarbidgeschäft von Coherent hat das Interesse von drei japanischen Konzernen - Denso Corp, Hitachi Ltd und Mitsubishi Electric Corp - geweckt, wobei jeder Konzern erwägt, mit einer Bewertung von bis zu $5 Mrd. in das Unternehmen zu investieren, so eine mit der Angelegenheit vertraute Quelle, die nicht genannt werden möchte, da die Angelegenheit als vertraulich gilt.

Mit der weltweit steigenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen steigt auch deren Bedarf sprunghaft an. Um die steigende Reichweite zu erreichen, die Batteriekosten zu senken und die Emissionen wirksam zu reduzieren, werden Leistungswandler auf der Basis von Siliziumkarbid (SiC) voraussichtlich ab 2025 in High-End-Elektrofahrzeugen weit verbreitet sein, bevor sie sich in Autos und industriellen Stromanwendungen durchsetzen.

Neben der Herstellung von SiC-Substraten hat diese Tochtergesellschaft auch die Produktion von Geräten und Modulen aufgenommen. Khan ist der Ansicht, dass der Schlüssel zum Erfolg in der Zusammenarbeit mit führenden Systemunternehmen wie Mitsubishi Electric und Denso liegt, um aus der Zusammenarbeit ein Maximum an Wissen zu gewinnen und so die Produktionsprozesse zu verbessern.

Das Unternehmen will 200 mm n-Typ 4H-SiC-Substrate herstellen, die sich für die Fertigung von Hochleistungs-SiC-Leistungs-MOSFETs eignen, die im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumchips eine höhere Spannungs- und Temperaturbeständigkeit, Zuverlässigkeit, Leistung und Lebensdauer aufweisen. SiC-MOSFETs bieten Leistungselektroniksysteme, die bei höheren Frequenzen, Temperaturen, größeren Leistungsbereichen und zu geringeren Kosten arbeiten müssen - ideale Lösungen, die zur Verringerung der CO2-Emissionen beitragen und den Übergang zu sauberen Energielösungen beschleunigen.

Technologie

Siliciumcarbid (SiC) ist ein extrem hartes und sprödes kristallines Material, das in elektronischen Halbleiterbauelementen verwendet wird, die bei hohen Temperaturen oder Spannungen arbeiten, und ein hervorragender elektrischer Leiter bei Raumtemperatur ist. SiC kann extrem hohen Temperaturen oder Spannungen standhalten und ist ein hervorragender elektrischer Leiter bei Raumtemperatur; als solches findet es Anwendung in Leuchtdioden (LEDs), Detektoren in frühen Radios, Stromwandlern (z. B. in Elektrofahrzeugen), Leuchtdioden (LEDs) und Stromwandlern in frühen Radios - mit allen Arten von Anwendungen, die in Halbleiterelektronikgeräten unter Verwendung von SiC gefunden werden. Natürlicher Moissanit wird nur in sehr begrenzten Mengen abgebaut, während praktisch das gesamte im Handel erhältliche SiC synthetisch aus gefundenem Rohmaterial hergestellt wird.

Chips aus Siliziumkarbid können in der Leistungselektronik mehrere Vorteile gegenüber ihren Silizium-Gegenstücken bieten, darunter niedrigere Betriebstemperaturen und Schaltfrequenzen. Kürzlich machte Coherent Schlagzeilen, weil das Unternehmen eine Tochtergesellschaft gegründet hat, die sich ausschließlich mit der Herstellung von Siliziumkarbid befasst. Damit tritt es in die Fußstapfen von Wolfspeed, das die größte Siliziumkarbidfabrik Deutschlands gebaut hat, und von Infineon Technologies, die Halbleiterbauelemente herstellen.

Das Siliziumkarbidgeschäft von Coherent ist seit seiner Gründung exponentiell gewachsen und produziert große Wafer für die Herstellung von Hochleistungsgeräten. Es wurden Linien für die Bearbeitung von Substraten mit einem Durchmesser von bis zu 200 mm eingerichtet, und die Werkzeuge wurden für den Einsatz in diesem Prozess qualifiziert. Darüber hinaus dient eine Tochtergesellschaft für die Herstellung von Epitaxiewafern als Ausgangspunkt für die Fertigung einer Reihe von Leistungshalbleiterbauelementen.

Um die Ausbeute zu maximieren und die Kosten zu senken, hat sich die Tochtergesellschaft für das Lely-Verfahren entschieden, bei dem Siliziumkarbidpulver bei höheren Temperaturen in SiC-Arten wie Siliziumnitrid (SiN) und Siliziumdicarbid (Si2C) sublimiert wird. Das Lely-Verfahren ermöglicht das Wachstum von Einkristallen mit hoher Reinheit, die dann geschnitten werden, um Epitaxiewafer für individuelle Epitaxiewafer zu erzeugen. Es ist zwar kostspieliger als die chemische Gasphasenabscheidung, gilt aber als wesentlich für die Herstellung zuverlässiger und dennoch kostensparender Siliziumkarbid-Halbleiterbauelemente.

Die Tochtergesellschaft hat langfristige Lieferverträge mit DENSO und Mitsubishi Electric unterzeichnet, die SiC-Substrate und Epitaxiewafer unserer Tochtergesellschaft für die Herstellung von Leistungswandlern in Elektroautos verwenden. Im Rahmen dieser Verträge werden 150mm- und 200mm-SiC-Substrate gekauft, um den jeweiligen Bedarf an Leistungselektronik zu decken.

Preisgestaltung

Coherent COHR, +4.52% Aktien stiegen am Dienstag nach der Nachricht, dass sein Siliziumkarbid-Halbleitergeschäft $1 Milliarde von den japanischen Automobilherstellern Denso 6902, -1.07% und Mitsubishi Electric 6503 -0.68% erhalten wird, die jeweils $500 Millionen für 12.5% nicht beherrschende Anteile investieren werden; Coherent mit Sitz in Pittsburgh besitzt 75%.

Die Investition von Coherent wird die Kapitalerweiterungspläne beschleunigen und langfristige Liefervereinbarungen ermöglichen. Darüber hinaus wird Coherent durch diese Transaktion zu einem Anbieter, der mit Kunden auf allen Ebenen der Wertschöpfungskette zusammenarbeitet, von der Herstellung von SiC-Substraten und Epireaktoren bis hin zur Entwicklung und Produktion von Bauelementen und Modulen. Sohail Khan, Senior EVP für neue Unternehmungen und das Geschäft mit Breitband-Elektronik, wird die neue Tochtergesellschaft als CEO leiten.

Infolge der Investitionen entfielen im Geschäftsjahr 2018 rund 65% der Gesamteinnahmen auf das Kommunikationssegment von Legacy Coherent. Aufgrund dieser Investitionen wird erwartet, dass das Unternehmen laut Fitch Ratings bis zum Geschäftsjahr 2023 eine Umsatzrate von mehr als $2 Milliarden und eine Gewinnmarge von mehr als 15% erreichen wird. Dies stellt eine beeindruckende Steigerung gegenüber den jährlichen Einnahmen von etwa $650 Millionen im Geschäftsjahr 2018 dar.

Siliciumcarbid ist eine exotische Verbindung, die in geringen Mengen nur in bestimmten Meteoriten- und Korundvorkommen sowie im Edelstein Moissanit vorkommt. Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften ist Siliziumkarbid zu einem integralen Bestandteil der Hochtemperatur- und Leistungselektronik geworden, da es höheren Temperaturen und Spannungen als Silizium standhält und gleichzeitig Strom effizienter leitet als Aluminium oder Stahl. Außerdem ist Siliziumkarbid wesentlich leichter und fester als seine Gegenstücke aus Aluminium und Stahl.

Coherent hat in den letzten zwei Jahren erheblich in sein Geschäft investiert, um die Kapazitäten zu erhöhen und die kontinuierliche Expansion zu unterstützen. Dazu gehören der Bau einer 300-mm-Wafer-Produktionslinie sowie Investitionen in Epi-Wafer-Verarbeitungsanlagen und Forschungs- und Entwicklungskapazitäten. Coherent liefert jetzt SiC-Wafer mit einem Durchmesser von 200 und 400 mm an verschiedene Kunden weltweit.

Fitch geht davon aus, dass das Wachstum im Siliziumkarbidgeschäft in Verbindung mit den Kosteneffizienzen aus der Übernahme von Coherent dazu beitragen wird, die Schwäche in anderen Segmenten auszugleichen, was zu einer EBITDA-Zinsdeckung führt, die im Prognosezeitraum näher am typischen "BB"-Niveau liegt.