Koherentti piikarbidi (SiC) on keskeinen peilimateriaali tähtitieteellisissä teleskoopeissa ja sähköajoneuvojen tehoelektroniikassa.

Piikarbidin kovan ja jäykän pinnan ominaisuuksien ansiosta se on erinomainen peilimateriaali tähtitieteellisiin teleskooppeihin, ja se on myös keskeinen osa maalla käytettävien sähköajoneuvojen ja avaruusalusten luotainten tehoelektroniikkaa.

Khan toteaa, että DENSO ja Mitsubishi Electric ovat kaksi johtavaa järjestelmäyhtiötä, jotka hankkivat aktiivisesti SiC-siruja sekä substraatti- että epiwafer-tasolla.

Mikä on Coherent?

Piikarbidi sekä eksoottiset puolijohdemateriaalit, kuten galliumnitridi ja galliumoksidi, ovat viime aikoina nousseet otsikoihin, koska ne voivat korvata perinteisen piin joissakin sovelluksissa, kuten sähköajoneuvojen tehoelektroniikassa. Tätä suuntausta vauhdittavat vihreiden teknologioiden, kuten sähköajoneuvojen, aurinkopaneelien ja kehittyneiden antureiden, joiden on toimittava vaativissa ympäristöissä, tarjoamat tuottoisa mahdollisuudet.

Yritysten, jotka haluavat hyödyntää tehoelektroniikkalaitteiden kasvavaa kysyntää, on saatava käyttöönsä suuria määriä korkealaatuisia piikarbidikiekkoja (SiC). Amerikkalainen yritys Coherent, joka tunnettiin aiemmin nimellä II-VI, mutta joka valmistaa nykyään lasereita ja kytkimiä virtapiirejä varten, aikoo hyödyntää tätä suuntausta perustamalla tytäryhtiön, joka keskittyy yksinomaan SiC-kiekkojen tuotantoon.

Hiljattain yhtiö ilmoitti saaneensa japanilaisilta DENSO- ja Mitsubishi Electric -yrityksiltä yhteensä $1 miljardin euron investoinnit piikarbidipuolijohdeliiketoimintaansa varten. Investointi nopeuttaa tulevien vuosien pääomasuunnitelmia, sillä se tukee 150 mm:n ja 200 mm:n SiC-substraattien ja epitaksikiekkojen laajennettua tuotantokapasiteettia.

Coherentin investointi tapahtuu samaan aikaan, kun markkina-arvioiden mukaan SiC:n kokonaismarkkinat nousevat noin $21 miljardiin vuoteen 2030 mennessä, mikä saa Coherentin laajentamaan substraattien ja epitaksikiekkojen valmistusta, jotta se voi vastata kasvavaan kysyntään ja laajentaa samalla Coherentin maailmanlaajuista johtoasemaa SiC-teknologian alalla.

SiC-sirut ovat herättäneet paljon kiinnostusta niiden paremman hyötysuhteen vuoksi, mikä näkyy siinä, että ne menettävät vain puolet vähemmän energiaa lämmöksi kuin piipohjaiset sirut. Tämän ansiosta tehoelektroniikan komponentit voivat toimia alhaisemmissa lämpötiloissa ja samalla säästää kustannuksia ja painoa; lisäksi pienemmän lämmön tuhlaaminen tarkoittaa, että akut kestävät pidempään!

Toinen tekijä on se, että SiC-puolijohteet on valmistettu vahvemmasta ja kulutusta kestävämmästä materiaalista kuin pii, mikä pidentää niiden käyttöikää. Näiden ja muiden syiden vuoksi tehoelektroniikan valmistajat ovat ottaneet SiC:n innokkaasti käyttöön. Tämän seurauksena yritykset, kuten Wolfspeed, ilmoittivat kesällä 2018 rakentavansa maailman suurimman SiC-tuotantolaitoksen, kun taas Infineon ilmoitti suunnitelmista kehittää oma tehtaansa.

Sovellukset

SiC:tä käytetään laajalti puolijohde-elektroniikkasovelluksissa sen erinomaisen lämmönjohtavuuden, kovuuden ja jäykkyyden ansiosta - ominaisuuksiensa ansiosta se soveltuu erinomaisesti korkeisiin lämpötiloihin ja jännitteisiin. SiC:n ylivoimainen lämmönjohtavuus mahdollistaa suuret tehonmuuntosovellukset, kuten sähköajoneuvojen invertterit ja voimansiirtojärjestelmät, sekä tehonsiirtojärjestelmät, joissa käytetään SiC:n pientä sähkövastusta, joka auttaa vähentämään lämpöhäviöitä ja parantamaan samalla tehokkuutta. SiC-teknologiaa hyödynnetään myös Herschel- ja Gaia-avaruusobservatorioissa sen alhaisen lämpölaajenemiskertoimen ansiosta; SiC:stä valmistetut peilit voivat olla jopa 3,5 metrin (11 jalan) kokoisia.

Coherentin piikarbidiliiketoiminta on herättänyt kiinnostusta kolmessa japanilaisessa monialayrityksessä - Denso Corp, Hitachi Ltd ja Mitsubishi Electric Corp - ja kukin monialayritys harkitsee investoivansa siihen jopa $5 miljardin euron arvosta, kertoi asiasta perillä oleva lähde, joka pyysi olla mainitsematta henkilöllisyyttään, koska asia on luottamuksellinen.

Sähköajoneuvojen maailmanlaajuisen kysynnän kasvaessa myös niiden kysyntä kasvaa huimasti. Piikarbidiin (SiC) perustuvien tehomuuntimien odotetaan yleistyvän noin vuodesta 2025 alkaen huippuluokan sähköautoissa, jotta ne voisivat vastata kasvavaan toimintasäteeseen, pienentää akkukustannuksia ja hillitä päästöjä tehokkaasti, ennen kuin ne yleistyvät autoissa ja teollisissa sähkösovelluksissa.

SiC-substraattien valmistuksen lisäksi tytäryhtiö on laajentanut toimintaansa laitteiden ja moduulien tuotantoon. Khan uskoo, että menestyksen avain on työskentely johtavien järjestelmäyritysten, kuten Mitsubishi Electricin ja Denson, kanssa, jotta yhteistyöstä saadaan mahdollisimman paljon tietoa ja näin parannetaan tuotantoprosesseja.

Yritys pyrkii tuottamaan 200 mm:n n-tyypin 4H SiC-substraatteja, jotka soveltuvat suorituskykyisten SiC-tehomOSFETien valmistukseen ja joilla on parempi jännite- ja lämpötilakestävyys sekä parempi luotettavuus, suorituskyky ja käyttöikä kuin perinteisillä piisiruilla. SiC-MOSFETit tarjoavat tehoelektroniikkajärjestelmiä, joiden on toimittava korkeammilla taajuuksilla, lämpötiloissa, laajemmilla tehoalueilla ja alhaisemmilla kustannuksilla - ihanteellisia ratkaisuja, jotka auttavat vähentämään hiilidioksidipäästöjä ja nopeuttavat samalla siirtymistä kohti puhtaita energiaratkaisuja.

Teknologia

Piikarbidi (SiC) on erittäin kova ja hauras kiteinen materiaali, jota käytetään puolijohde-elektroniikkalaitteissa, jotka toimivat korkeissa lämpötiloissa tai korkeissa jännitteissä, ja se johtaa erinomaisesti sähköä huoneenlämmössä. SiC kestää erittäin korkeita lämpötiloja tai jännitteitä ja on erinomainen sähkönjohdin huoneenlämmössä; siksi sitä käytetään valodiodien (LEDien), varhaisradioiden ilmaisimien, tehomuuntimien (kuten sähköajoneuvojen), valodiodien (LEDien) ja varhaisradioiden tehomuuntimien valmistuksessa - kaikentyyppisiä sovelluksia löytyy SiC:tä käyttävistä puolijohde-elektroniikkalaitteista. Luonnollista moissanitea louhitaan vain hyvin rajallisia määriä, kun taas lähes kaikki kaupallisesti myytävä SiC on synteettisesti valmistettu löydetystä raaka-aineesta.

Piikarbidista valmistetut sirut voivat tarjota useita etuja verrattuna piistä valmistettuihin vastaaviin siruihin tehoelektroniikan sovelluksissa, kuten alhaisemmat käyttölämpötilat ja kytkentätaajuudet. Coherent nousi hiljattain otsikoihin, kun se perusti tytäryhtiönsä, joka on omistettu yksinomaan piikarbidituotannolle, ja seurasi näin Saksan suurimman piikarbiditehtaan rakentaneen Wolfspeedin ja puolijohdekomponentteja valmistavan Infineon Technologiesin jalanjälkiä.

Coherentin piikarbidiliiketoiminta on laajentunut räjähdysmäisesti perustamisensa jälkeen, ja se tuottaa suuria kiekkoja suuritehoisten teholaitteiden valmistukseen. Linjat halkaisijaltaan jopa 200 mm:n substraattien käsittelyyn on perustettu, ja työkalut on hyväksytty käytettäväksi tässä prosessissa. Lisäksi epitaksikiekkoja valmistava tytäryhtiö toimii myös lähtökohtana erilaisten tehopuolijohdekomponenttien valmistukselle.

Saannon maksimoimiseksi ja kustannusten alentamiseksi tytäryhtiö on ottanut käyttöön Lely-prosessin, jossa piikarbidijauhe sublimoidaan korkeammassa lämpötilassa oleviksi SiC-lajeiksi, kuten piinitridiksi (SiN) ja piidikarbidiksi (Si2C). Lely-menetelmällä voidaan kasvattaa erittäin puhtaita yksikiteitä, jotka sitten leikataan epitaksiaalikiekkojen valmistamiseksi yksittäisiä epitaksiaalikiekkoja varten. Menetelmä voi olla kalliimpi kuin kemiallinen kaasufaasipinnoitus, mutta sitä pidetään välttämättömänä luotettavien ja samalla kustannussäästöjä aiheuttavien piikarbidipuolijohdekomponenttien valmistuksessa.

Tytäryhtiö on allekirjoittanut pitkäaikaisia toimitussopimuksia DENSO:n ja Mitsubishi Electricin kanssa, jotka käyttävät tytäryhtiömme tuottamia SiC-substraatteja ja epitaksikiekkoja sähköautojen virtamuuntimien valmistukseen. Näiden sopimusten mukaisesti ostetaan 150 mm:n ja 200 mm:n SiC-substraatteja niiden tehoelektroniikan tarpeisiin.

Hinnoittelu

Coherent COHR, +4,52%:n osakkeet nousivat tiistaina uutisen jälkeen, jonka mukaan sen piikarbidipuolijohdeliiketoiminta saa $1 miljardia japanilaisilta autonvalmistajilta Denso 6902, -1,07% ja Mitsubishi Electric 6503 -0,68% sijoittavat kumpikin $500 miljoonaa 12,5%:n ei-omistavaan osuuteen; Pittsburghissa sijaitseva Coherent omistaa 75%.

Coherentin investointi nopeuttaa pääoman laajentamissuunnitelmia ja mahdollistaa pitkäaikaiset toimitussopimukset. Lisäksi yrityskaupan ansiosta Coherentista tulee kauppias, joka toimii asiakkaiden kanssa kaikilla arvoketjun tasoilla SiC-substraattien ja epireaktoreiden valmistuksesta laitteiden ja moduulien suunnitteluun ja tuotantoon. Sohail Khan, uusista yrityksistä ja laajakaistaisen elektroniikan liiketoiminnasta vastaava EVP, johtaa uutta tytäryhtiötä toimitusjohtajana.

Investointiensa ansiosta Coherentin viestintäsegmentin osuus oli noin 65% kokonaistuloista tilikaudella 2018; Fitchin luokitusten mukaan Fitchin liiketoiminnan odotetaan saavuttavan yli $2 miljardin euron liikevaihdon ja yli 15% voittomarginaalin tilikauteen 2023 mennessä tämän investoinnin ansiosta. Tämä on vaikuttava lisäys verrattuna sen noin $650 miljoonan euron vuotuisiin tuloihin verovuoden 2018 aikana.

Piikarbidi on eksoottinen yhdiste, jota esiintyy pieniä määriä vain tietyissä meteoriitti- ja korundiesiintymissä sekä jalokivi-moissaniitissa. Erityisominaisuuksiensa ansiosta piikarbidista on tullut olennainen osa korkean lämpötilan elektroniikkaa ja tehoelektroniikan sovelluksia; se kestää korkeampia lämpötiloja ja jännitteitä kuin pii ja johtaa sähköä tehokkaammin kuin alumiini tai teräs. Lisäksi piikarbidi on huomattavasti alumiinia ja terästä kevyempää ja lujempaa.

Coherent on kahden viime vuoden aikana investoinut merkittävästi liiketoimintaansa parantaakseen kapasiteettiaan ja tukeakseen jatkuvaa laajentumistaan, muun muassa rakentamalla 300 mm:n kiekkotuotantolinjan sekä investoimalla epi-wafer-käsittelylaitteisiin ja T&K-tutkimus- ja kehitysvalmiuksiin. Coherent toimittaa nyt SiC-kiekkoja sekä 200 että 400 mm:n halkaisijoilla eri asiakkaille maailmanlaajuisesti.

Fitch arvioi, että piikarbidiliiketoiminnan kasvu yhdessä Coherentin hankinnasta johtuvien kustannustehokkuushyötyjen kanssa auttaa kompensoimaan muiden segmenttien heikkoutta, mikä johtaa siihen, että EBITDA:n korkokate on lähempänä tyypillistä "BB"-tasoa näkymäkauden aikana.