Koherentinis silicio karbidas (SiC) yra pagrindinė veidrodžių medžiaga, naudojama astronominiuose teleskopuose ir elektromobilių galios elektronikoje

Dėl savo kietumo ir tvirtumo silicio karbidas yra puiki medžiaga astronominių teleskopų veidrodžiams gaminti, be to, jis yra svarbi galios elektronikos sudedamoji dalis antžeminiuose elektromobiliuose ir kosminėse zondėse.

Khan pažymi, kad „DENSO“ ir „Mitsubishi Electric“ yra dvi pirmaujančios sistemų gamintojos, aktyviai įsigyjančios SiC lustus tiek substrato, tiek epitaxinių plokštelių lygmeniu.

Kas yra „Coherent“?

Silicio karbidas, kartu su egzotiškomis puslaidininkių medžiagomis, tokiomis kaip galio nitridas ir galio oksidas, pastaruoju metu sulaukė didelio dėmesio dėl savo potencialo pakeisti tradicinį silicį kai kuriose taikymo srityse, pavyzdžiui, elektromobilių galios elektronikoje. Šią tendenciją skatina pelningos galimybės, kurias teikia ekologiškos technologijos, tokios kaip elektromobiliai, saulės baterijos ir pažangūs jutikliai, kurie turi veikti ekstremaliomis sąlygomis.

Įmonės, norinčios pasinaudoti sparčiai augančia galios elektronikos prietaisų paklausa, privalo turėti galimybę įsigyti didelius kiekius aukštos kokybės silicio karbido (SiC) plokštelių. Amerikos įmonė „Coherent“, anksčiau žinoma kaip „II-VI“, o dabar gaminanti lazerius ir grandynų jungiklius, planuoja pasinaudoti šia tendencija ir įsteigti dukterinę įmonę, kuri užsiimtų išskirtinai SiC plokštelių gamyba.

Neseniai bendrovė paskelbė, kad iš Japonijos įmonių „DENSO“ ir „Mitsubishi Electric“ gavo bendrą $1 milijardų investiciją į savo silicio karbido (SiC) puslaidininkių verslą. Ši investicija paspartins kapitalo planų įgyvendinimą ateinančiais metais, nes ji padės išplėsti 150 mm ir 200 mm SiC substratų bei epitaksinių plokštelių gamybos pajėgumus.

„Coherent“ investicija vykdoma tuo metu, kai, remiantis rinkos prognozėmis, bendra SiC rinka iki 2030 m. pasieks maždaug $21 milijardų, todėl „Coherent“ nusprendė išplėsti šia medžiaga pagamintų substratų ir epitaksinių plokštelių gamybą, siekdama patenkinti šį augantį paklausą, tuo pačiu stiprindama „Coherent“ pasaulinę lyderio poziciją SiC technologijų srityje.

SiC lustai sulaukė didelio susidomėjimo dėl savo išskirtinio efektyvumo – tai patvirtina faktas, kad jie šilumos pavidalu praranda tik pusę tiek energijos, kiek silicio pagrindu pagaminti lustai. Tai leidžia galios elektronikos komponentams veikti žemesnėje temperatūroje, tuo pačiu sumažinant išlaidas ir svorį; be to, mažesnis šilumos nuostolis reiškia, kad baterijos tarnauja ilgiau!

Kitas veiksnys yra tai, kad SiC puslaidininkiai gaminami iš stipresnės ir atsparesnės dilimui medžiagos nei silicis, o tai padeda prailginti jų eksploatacijos trukmę. Dėl šių ir kitų priežasčių galios elektronikos gamintojai noriai ėmė naudoti SiC. Todėl tokios įmonės kaip „Wolfspeed“ 2018 m. vasarą paskelbė, kad stato didžiausią pasaulyje SiC gamybos gamyklą, o „Infineon“ paskelbė planus statyti savo gamyklą.

Paraiškos

SiC plačiai naudojamas puslaidininkinės elektronikos srityje dėl savo puikio šilumos laidumo, kietumo ir standumo – savybių, dėl kurių jis idealiai tinka aukštoms temperatūroms ir įtampoms. Dėl puikio SiC šilumos laidumo jis tinka didelės galios energijos keitimo įrenginiams, pavyzdžiui, elektromobilių keitikliams ir pavarų sistemoms, taip pat energijos perdavimo sistemoms, kuriose naudojamas jo mažas elektrinis pasipriešinimas, padedantis sumažinti šilumos nuostolius ir padidinti efektyvumą. Be to, SiC technologija naudojama „Herschel“ ir „Gaia“ kosminėse observatorijose dėl mažo šiluminio plėtimosi koeficiento; iš SiC pagaminti veidrodžiai gali pasiekti net iki 3,5 metro (11 pėdų) dydį.

„Coherent“ silicio karbido verslas sulaukė trijų Japonijos konglomeratų susidomėjimo – „Denso Corp“, „Hitachi Ltd“ ir „Mitsubishi Electric Corp“ – ir, pasak šaltinio, susipažinusio su šiuo klausimu ir paprašiusio neskelbti jo tapatybės, nes šis klausimas laikomas konfidencialiu, kiekvienas iš šių koncernų svarsto galimybę investuoti į šį verslą, vertinant jį iki $5 milijardų.

Kai pasaulyje sparčiai auga elektromobilių paklausa, taip pat staigiai didėja ir jų populiarumas. Siekiant užtikrinti didesnį nuvažiuojamą atstumą, sumažinti akumuliatorių sąnaudas ir veiksmingai mažinti išmetamųjų teršalų kiekį, tikimasi, kad maždaug nuo 2025 m. aukščiausios klasės elektromobiliuose pradės plačiai diegti silicio karbido (SiC) pagrindu veikiančius galios keitiklius, o vėliau jie bus pritaikyti ir kitose automobilių bei pramonės galios sistemose.

Ši dukterinė įmonė ne tik gamina SiC substratus, bet ir išplėtė savo veiklą į prietaisų bei modulių gamybą. Khanas mano, kad jų sėkmės raktas – bendradarbiavimas su tokiomis pirmaujančiomis sistemų gamintojomis kaip „Mitsubishi Electric“ ir „Denso“, siekiant iš šio bendradarbiavimo pasisemti kuo daugiau žinių ir taip tobulinti gamybos procesus.

Ši įmonė siekia gaminti 200 mm n-tipo 4H SiC substratus, tinkamus aukštos kokybės SiC galios MOSFET tranzistorių gamybai, kurie, palyginti su tradiciniais silicio lustais, pasižymi geresniu atsparumu įtampai ir temperatūrai, patikimumu, našumu bei ilgesniu tarnavimo laiku. SiC MOSFET tranzistoriai užtikrina galios elektronikos sistemų, kurios turi veikti aukštesniuose dažniuose, aukštesnėse temperatūrose, platesniuose galios diapazonuose ir mažesnėmis sąnaudomis, veikimą – tai idealūs sprendimai, padedantys sumažinti CO₂ išmetimą ir paspartinti perėjimą prie švarių energijos šaltinių.

Technologijos

Silicio karbidas (SiC) yra itin kieta ir trapi kristalinė medžiaga, naudojama puslaidininkiniuose elektroniniuose įrenginiuose, veikiančiuose esant aukštai temperatūrai ar įtampai, ir puikus elektros laidininkas kambario temperatūroje. SiC gali atlaikyti itin aukštą temperatūrą ar įtampą ir yra puikus elektros laidininkas kambario temperatūroje; todėl jis randą pritaikymą šviesos dioduose (LED), ankstyvųjų radijo imtuvų detektoriuose, galios keitikliuose (pavyzdžiui, naudojamuose elektrinėse transporto priemonėse) – visų tipų pritaikymus galima rasti puslaidininkiniuose elektroniniuose įtaisuose, kuriuose naudojamas SiC. Natūralus moissanitas kasamas tik labai ribotais kiekiais, o praktiškai visas komerciškai parduodamas SiC yra sintetiškai pagamintas iš surastų žaliavų.

Silicio karbido lustai gali turėti keletą pranašumų, palyginti su silicio lustais, naudojamais galios elektronikos srityje, įskaitant žemesnes veikimo temperatūras ir perjungimo dažnius. Neseniai bendrovė „Coherent“ sulaukė didelio žiniasklaidos dėmesio, įsteigusi dukterinę įmonę, skirtą išskirtinai silicio karbido gamybai – sekdama „Wolfspeed“ pavyzdžiu, kuri pastatė didžiausią Vokietijoje silicio karbido gamyklą, ir „Infineon Technologies“, gaminančios puslaidininkinius įrenginius.

Nuo pat įkūrimo „Coherent“ silicio karbido verslas išaugo eksponentiškai – įmonė gamina didelius plokštelius, skirtus aukštos kokybės galios įrenginiams gaminti. Įdiegtos linijos, skirtos apdoroti iki 200 mm skersmens substratus, o įranga buvo sertifikuota naudoti šiame procese. Be to, epitaksinių plokštelių gamybos dukterinė įmonė taip pat tarnauja kaip išeities taškas gaminant įvairius galios puslaidininkių įrenginius.

Siekdama maksimaliai padidinti išeigą ir sumažinti sąnaudas, dukterinė įmonė ėmė taikyti „Lely“ metodą, kurio metu silicio karbido milteliai sublimuojami į aukštesnės temperatūros SiC junginius, pavyzdžiui, silicio nitridą (SiN) ir silicio dikarbidą (Si₂C). „Lely“ metodas leidžia auginti aukšto grynumo monokristalus, kurie vėliau supjaustomi, kad būtų pagamintos atskiros epitaksinės plokštelės – tai gali būti brangesnis procesas nei cheminis garų nusodinimo metodas, tačiau laikomas būtinu gaminant patikimus ir kartu sąnaudas mažinančius silicio karbido puslaidininkinius įrenginius.

Ši dukterinė įmonė pasirašė ilgalaikes tiekimo sutartis su „DENSO“ ir „Mitsubishi Electric“, kurios naudoja mūsų dukterinės įmonės gaminamus SiC substratus ir epitaksines plokšteles elektromobilių galios keitiklių gamybai. Pagal šias sutartis bus perkamos 150 mm ir 200 mm SiC substratai, siekiant patenkinti šių įmonių galios elektronikos poreikius.

Kainodara

Antradienį smarkiai šoktelėjo „Coherent“ (COHR, +4,52%) akcijų kaina, kai pasirodė žinia, kad jos silicio karbido puslaidininkių verslui Japonijos automobilių gamintojai „Denso“ (6902, -1,07%) ir „Mitsubishi Electric“ (6503) -0,68%, kurios kiekviena investuos po $500 mln. už 12,5% nekontroliuojančių akcijų paketą; Pitsburge įsikūrusi „Coherent“ valdo 75% akcijų.

„Coherent“ investicija paspartins kapitalo plėtros planus ir sudarys sąlygas sudaryti ilgalaikes tiekimo sutartis. Be to, šis sandoris leidžia „Coherent“ tapti komerciniu rinkos dalyviu, bendradarbiaujančiu su klientais visais vertės grandinės lygmenimis – nuo SiC substratų ir epireaktorių gamybos iki prietaisų ir modulių projektavimo bei gamybos. Sohail Khan, vyresnysis vykdomasis viceprezidentas, atsakingas už naujus verslus ir plačiosios juostos elektronikos verslą, vadovaus naujajai dukterinei įmonei kaip generalinis direktorius.

Dėl šios investicijos buvusios „Coherent“ ryšių segmentas 2018 finansiniais metais sudarė apie 65% visų pajamų; remiantis „Fitch Ratings“ prognozėmis, dėl šios investicijos tikimasi, kad iki 2023 finansinių metų įmonės verslo pajamų tempas viršys $2 mlrd., o pelno marža bus didesnė nei 15%. Tai reiškia įspūdingą augimą, palyginti su 2018 finansiniais metais, kai šio segmento indėlis į metines pajamas sudarė maždaug $650 mln.

Silicio karbidas yra retas junginys, randamas nedideliais kiekiais tik tam tikruose meteorituose, korundo telkiniuose ir brangakmenyje moissanite. Dėl savo ypatingų savybių silicio karbidas tapo neatskiriama aukštos temperatūros elektronikos ir galios elektronikos pritaikymų dalimi; jis gali atlaikyti aukštesnes temperatūras ir įtampas nei silicis, o elektrą laidžia efektyviau nei aliuminis ar plienas. Be to, silicio karbidas yra žymiai lengvesnis ir tvirtesnis nei jo aliuminio ir plieno atitikmenys.

Per pastaruosius dvejus metus „Coherent“ į savo verslą investavo dideles lėšas, siekdama padidinti gamybos pajėgumus ir užtikrinti tolesnę plėtrą, įskaitant 300 mm plokštelių gamybos linijos įrengimą, taip pat investicijas į epitaxinių plokštelių apdorojimo įrangą bei mokslinių tyrimų ir plėtros pajėgumus. Šiuo metu „Coherent“ tiekia 200 ir 400 mm skersmens SiC plokšteles įvairiems klientams visame pasaulyje.

“Fitch” prognozuoja, kad silicio karbido verslo augimas, kartu su sąnaudų efektyvumo padidėjimu, pasiektu įsigijus „Coherent“, padės kompensuoti kitų segmentų silpnumą, todėl prognozuojamu laikotarpiu EBITDA palūkanų padengimo rodiklis bus artimesnis tipiniams „BB“ reitingo lygiams.