Carbură de siliciu coerentă

Semiconductorii din carbură de siliciu se mândresc cu deschideri de bandă mai largi care permit transferul energiei electrice mai eficient decât omologii lor din siliciu, ceea ce îi face potriviți pentru aplicații precum electronica de putere pentru vehicule electrice și instrumente de explorare spațială. Acest lucru face ca carbura de siliciu să fie deosebit de potrivită pentru utilizarea pe rovere și sonde.

Coherent înființează o nouă filială pentru a furniza substraturi și plachete epitaxiale din carbură de siliciu (SiC) de 150 mm și 200 mm. Sohail Khan, vicepreședinte executiv pentru tehnologii electronice cu bandă largă la Coherent, va conduce această nouă divizie.

Electronică de putere

Cipurile din carbură de siliciu oferă vehiculelor electrice o putere sporită a bateriei și o autonomie extinsă datorită eficienței lor mai mari, ceea ce înseamnă mai puțină energie irosită sub formă de căldură. Rezistența lor termică permite, de asemenea, proiectanților să construiască componente mai mici, care economisesc spațiu și costuri.

Producătorii de cipuri se întrec în a satisface cererea pentru această tehnologie prin dezvoltarea infrastructurii de producție pentru plachetele SiC - care sunt felii subțiri de material semiconductor cu diverse substanțe încorporate. Cu toate acestea, această cursă prezintă mai multe obstacole și provocări, inclusiv crearea de fabrici eficiente cu costuri de producție mai mici.

Wolfspeed, Infineon și SK Hynix au anunțat deja că intenționează să construiască noi fabrici de producție de plachete capabile să satisfacă cererile în creștere de pe piețele de vehicule electrice (VE) - care se estimează că vor depăși $2 trilioane în 2040 - datorită oportunităților profitabile prezentate de aceste evoluții.

Sohail Khan, vicepreședinte executiv al Coherent pentru noi întreprinderi și tehnologii electronice cu bandă largă, a observat că societățile care produc semiconductori de putere pentru vehiculele electrice au nevoie de plachete de carbură de siliciu mai fiabile pentru a putea produce semiconductori de putere mai fiabile în aceste vehicule. Pentru a răspunde acestei nevoi, Coherent a creat recent o filială dedicată exclusiv extinderii capacității de producție a plachetelor de carbură de siliciu.

DENSO și Mitsubishi Electric vor investi fiecare $500 milioane pentru o participație fără control de 12,5% în noua afacere a Coherent, oferind acesteia capital pentru extinderea producției de substraturi de carbură de siliciu (SiC) de 200 mm și de plachete epitaxiale, precum și pentru încheierea unor acorduri de furnizare pe termen lung pentru a satisface cerințele firmelor japoneze.

Parteneriatul cu Coherent l-ar putea ajuta să își revină după recentele dificultăți. Veniturile din primul trimestru au crescut ușor, dar au fost sub nivelul ridicat înregistrat recent, datorită vânzărilor puternice de module optice și lasere.

Această tranzacție vizează extinderea activității Coherent în domeniul carburii de siliciu și stabilirea acesteia ca furnizor important de semiconductori de putere. Khan a declarat importanța de a avea clienți principali puternici încă de la început, astfel că a ales DENSO și Mitsubishi ca clienți încă de la început - ambii sunt furnizori de top pentru sistemele de alimentare auto care au achiziționat de-a lungul timpului substraturi SiC de 150 mm de la Coherent.

RF și microunde

Odată cu popularitatea crescândă a vehiculelor electrice (VE), cipurile din carbură de siliciu (SiC) au devenit rapid un punct central în rândul companiilor producătoare de semiconductoare. SiC este mult mai puțin costisitor decât cipurile tradiționale de siliciu și poate funcționa la temperaturi mai ridicate, ceea ce permite producătorilor să micșoreze sistemele de răcire, reducând în același timp greutatea și costul, crescând în același timp densitatea de putere și scurtând termenele de producție - un aspect important în satisfacerea cererii consumatorilor pentru vehiculele electrice.

S-a demonstrat că cipurile SiC au performanțe bune în experimentele de laborator, însă integrarea lor în circuite poate fi mai complicată din cauza cerințelor energetice crescute și a ratelor de încălzire mai rapide pentru producție, care necesită materiale și procese specializate pentru a se asigura că pot funcționa la viteze mari fără supraîncălzire sau defecțiuni.

Ca răspuns la aceste provocări, Coherent (fostul II-VI) și-a anunțat intenția de a înființa o filială dedicată exclusiv producției de SiC, care va produce substraturi și plachete epitaxiale, înainte de a colabora îndeaproape cu clienții pe parcursul fiecărei etape de producție, de la materia primă până la producția de dispozitive sau module finite. Coherent va investi în extinderea capacității instalațiilor de producție, îmbunătățind în același timp capacitățile de cercetare și dezvoltare și de servicii.

Denso și Mitsubishi Electric din Japonia vor investi câte $500 milioane fiecare, în schimbul unor participații care nu controlează de 12,5 % în noua lor filială. În plus, vor fi încheiate acorduri de furnizare pe termen lung pentru a satisface cererea acestor întreprinderi japoneze de substraturi SiC de 150 mm și 200 mm și de plachete epitaxiale.

Colaborarea cu Coherent va aduce beneficii financiare, precum și tehnologii inovatoare pentru piața EV aflată în expansiune rapidă. O astfel de inovație implică îmbunătățirea coerenței spinului centrelor de culoare din carbură de siliciu prin intermediul câmpurilor magnetice și al impulsurilor de radiofrecvență; vizând în special spinii lor nucleari 29Si, care au timpi lungi de coerență a spinului care pot fi îmbunătățiți.

Aceste semnale sunt apoi reflectate înapoi pe același canal și detectate exact în același timp, creând o citire coerentă a stării de bază și permițând controlul coerent spectral selectiv al modurilor qudit; Figura S8 ilustrează acest lucru în ceea ce privește stările 4H-SiC30 ale modurilor PDMR și ODMR.

Automobile

Carbura de siliciu (SiC) oferă proprietăți unice pentru dispozitivele electronice care funcționează la temperaturi sau tensiuni ridicate, începând cu utilizarea sa inițială în 1907 cu diode emițătoare de lumină (LED) și detectoare în radiouri; astăzi este preferată în aplicații de comutare a puterii la înaltă tensiune - un MOSFET SiC poate comuta la o viteză de peste 100 de ori mai mare decât tranzistorii tradiționali din siliciu, menținând în același timp temperaturi comparabile.

Expertiza Coherent în domeniul semiconductorilor cu carbură de siliciu este utilizată de clienți precum furnizorul japonez de automobile DENSO și Mitsubishi Electric, cu sediul în Tokyo, pentru a-i sprijini în aplicațiile auto care utilizează SiC, inclusiv electronica de putere pentru vehiculele electrice. Împreună, aceștia au investit în total $1 miliarde în activitatea Coherent în domeniul semiconductorilor cu carbură de siliciu.

Coherent va păstra 75% de proprietate și control asupra acestei noi filiale, în timp ce DENSO și Mitsubishi Electric dețin fiecare 12,5% participații care nu controlează. În conformitate cu obiectivul Coherent de a genera cheltuieli viitoare de exploatare și de capital independent de celelalte activități ale Coherent, această activitate ar trebui să își creeze propriile cheltuieli de exploatare în timp.

Printre clienți se numără unele dintre cele mai importante companii auto din lume. “În mod ideal”, afirmă Khan în calitate de director al filialei sale nou înființate. Noua filială se va angaja cu companiile atât la nivel de substrat/epiwafer, cât și la nivel de dispozitiv sau modul.

Pe măsură ce lumea automobilelor trece rapid la vehicule electrice, producătorii de automobile ar trebui să aibă acces doar la cele mai performante și mai rentabile dispozitive de comutare a puterii disponibile. Tranzistoarele de putere Coherent din carbură de siliciu nu oferă doar performanțe și fiabilitate excelente, ci contribuie și la protecția mediului prin scăderea consumului de energie, creșterea eficienței și accelerarea tranziției către societăți cu emisii reduse de carbon.

Produsele semiconductoare SiC de la Coherent se mândresc cu ratinguri de avalanșă și RDS(on) la temperaturi ridicate, lider în industrie, permițând proiectanților să conceapă sisteme de conversie a puterii cu randamente îmbunătățite și costuri de operare reduse. În plus, aceste produse SiC pot fi fabricate la frecvențe de comutare mai mari, cu capacități îmbunătățite de temperatură, frecvență și tensiune față de omologii lor din siliciu, permițând producția de motoare de automobile mai mici și mai ușoare, necesare pentru introducerea pe piață a noii generații de automobile ecologice.

Industria aerospațială

SiC s-a dovedit indispensabil industriei aerospațiale pentru diverse aplicații solicitante, inclusiv amplificatoare laser de mare putere, detectare în medii dificile, sisteme LiDAR și rețele de senzori. Conform estimărilor firmei de cercetare de piață Yole Group, dimensiunea pieței SiC în spațiu ar trebui să depășească $21 miliarde USD până în 2027 (Chiu & Dogmus).

Carbura de siliciu (SiC) are numeroase aplicații, electronica pentru medii extreme fiind una dintre cele mai atractive aplicații pentru utilizarea sa. Atributele cheie ale SiC îl fac ideal pentru funcționarea în medii precum motoare de avioane, sisteme de navigație prin satelit, radar și sisteme de comunicații care necesită temperaturi și tensiuni ridicate.

Dar pentru a utiliza cu succes SiC în aceste condiții extreme este nevoie de mai mult decât un simplu proces de fabricație la scară industrială; este nevoie de o cunoaștere aprofundată a proprietăților sale la nivel molecular.

Oamenii de știință de la Universitatea din California, Berkeley, au făcut progrese în atingerea obiectivului lor. Utilizând spectroscopia de înaltă rezoluție, ei au observat tranziții cuantice de fază în carbura de siliciu cristalină; observațiile lor pot oferi indicii cu privire la comportamentul la temperaturi scăzute al stărilor electronice de spin.

Această descoperire oferă o imagine mai completă a comportamentului fizic al carburii de siliciu decât a fost disponibilă până acum, ceea ce ar putea ajuta inginerii în proiectarea maserelor la temperatura camerei și a senzorilor sensibili de câmp magnetic care utilizează carbura de siliciu.

Coherent aplică cunoștințele sale în cel mai recent proiect al său. Compania a înființat recent o filială pentru a extinde producția integrată pe verticală de substraturi, epiwafere și dispozitive SiC, Denso și Mitsubishi Electric investind un total combinat de $1 miliarde în această întreprindere condusă de Sohail Khan - vicepreședinte executiv pentru tehnologii electronice cu bandă largă la Coherent.

Potrivit lui Khan, două conglomerate japoneze vor investi fiecare $500 de milioane într-o nouă filială în schimbul unei participații necontrolate de 12,5% și a unor acorduri de furnizare pe termen lung pentru a sprijini activitatea SiC. El afirmă că această abordare oferă echipei sale acces la feedback-ul maxim al clienților, necesar pentru succes.