Когерентный карбид кремния (SiC) - ключевой зеркальный материал для астрономических телескопов и силовой электроники для электромобилей

Твердые и жесткие свойства поверхности карбида кремния делают его отличным материалом для зеркал астрономических телескопов, а также являются ключевой частью силовой электроники наземных электромобилей и космических зондов.

Хан отмечает, что DENSO и Mitsubishi Electric - две ведущие системные компании, активно закупающие SiC-чипы как на уровне подложек, так и эпиваферов.

Что такое когерентность?

Карбид кремния, а также экзотические полупроводниковые материалы, такие как нитрид галлия и оксид галлия, недавно попали в заголовки газет благодаря своему потенциалу заменить традиционный кремний в некоторых приложениях, таких как силовая электроника для электромобилей. Этой тенденции способствуют прибыльные возможности, открывающиеся благодаря "зеленым" технологиям, таким как электромобили, солнечные батареи и передовые датчики, которые должны работать в суровых условиях.

Компании, желающие воспользоваться растущим спросом на силовые электронные устройства, должны иметь доступ к большому количеству высококачественных пластин из карбида кремния (SiC). Американская компания Coherent, ранее известная как II-VI, а теперь производящая лазеры и переключатели для схем, планирует воспользоваться этой тенденцией, создав дочернюю компанию, занимающуюся исключительно производством пластин SiC.

Недавно компания объявила о привлечении инвестиций в размере $1 миллиарда от японских компаний DENSO и Mitsubishi Electric для своего полупроводникового бизнеса по производству карбида кремния (SiC). Эти инвестиции позволят ускорить реализацию планов капиталовложений в ближайшие годы, поскольку они будут способствовать расширению производственных мощностей по выпуску 150- и 200-миллиметровых подложек SiC и эпитаксиальных пластин.

Инвестиции Coherent приходятся на тот момент, когда, по рыночным оценкам, общий объем рынка SiC достигнет примерно $21 миллиарда к 2030 году, что побуждает Coherent расширять производство подложек и эпитаксиальных пластин из этого материала, чтобы удовлетворить растущий спрос, расширяя глобальные лидерские позиции Coherent в технологии SiC в тандеме с этими операциями.

SiC-чипы вызывают большой интерес благодаря своей высокой эффективности, о чем свидетельствует тот факт, что они теряют на нагрев в два раза меньше энергии, чем чипы на основе кремния. Это позволяет компонентам силовой электроники работать при более низких температурах, снижая стоимость и вес; кроме того, меньшие потери тепла означают, что батареи служат дольше!

Еще один фактор заключается в том, что полупроводники SiC изготавливаются из более прочного и износостойкого материала, чем кремний, что позволяет продлить срок их службы. По этим и другим причинам производители силовой электроники охотно переходят на SiC. В результате летом 2018 года такие компании, как Wolfspeed, объявили о строительстве крупнейшего в мире завода по производству SiC, а Infineon объявила о планах по созданию собственного завода.

Приложения

SiC широко используется в полупроводниковой электронике благодаря своей превосходной теплопроводности, твердости и жесткости - свойствам, которые делают его идеальным для работы при высоких температурах и напряжениях. Превосходная теплопроводность SiC позволяет использовать его для преобразования большой мощности, например, в инверторах и трансмиссиях электромобилей, а также в системах передачи энергии, где используется его низкое электрическое сопротивление, что помогает снизить потери тепла и повысить эффективность. Кроме того, технология SiC используется в космических обсерваториях Herschel и Gaia благодаря низкому коэффициенту теплового расширения; зеркала из SiC могут достигать размеров до 3,5 метров (11 футов).

Бизнес Coherent по производству карбида кремния заинтересовал три японских конгломерата - Denso Corp, Hitachi Ltd и Mitsubishi Electric Corp, причем каждый из них рассматривает возможность инвестирования в него по цене до $5 миллиардов, сообщил источник, знакомый с вопросом, который попросил не называть его имени, поскольку вопрос считается конфиденциальным.

По мере роста мирового спроса на электромобили растет и спрос на них. Чтобы обеспечить увеличение дальности поездки, снизить стоимость батарей и эффективно ограничить выбросы, преобразователи мощности на основе карбида кремния (SiC), как ожидается, начнут широко применяться с 2025 года в высокотехнологичных электромобилях, а затем распространятся на автомобили и промышленные энергетические приложения.

Помимо производства SiC-подложек, эта дочерняя компания расширила производство устройств и модулей. Хан считает, что ключ к успеху компании лежит в сотрудничестве с ведущими системными компаниями, такими как Mitsubishi Electric и Denso, чтобы получить максимум знаний от совместной работы и таким образом улучшить производственные процессы.

Компания стремится производить 200-миллиметровые подложки SiC n-типа 4H, пригодные для изготовления высокопроизводительных силовых МОП-транзисторов SiC, обладающих повышенной устойчивостью к перепадам напряжения и температуры, а также надежностью, производительностью и сроком службы по сравнению с традиционными кремниевыми чипами. Силовые МОП-транзисторы SiC обеспечивают работу систем силовой электроники, которые должны работать при более высоких частотах, температурах, в более широком диапазоне мощностей и при меньших затратах - идеальные решения, которые помогают снизить выбросы CO2, ускоряя переход к экологически чистым энергетическим решениям.

Технология

Карбид кремния (SiC) - чрезвычайно твердый и хрупкий кристаллический материал, используемый в полупроводниковых электронных устройствах, работающих при высоких температурах или напряжениях, и отличный проводник электричества при комнатной температуре. SiC может выдерживать очень высокие температуры или напряжения и является превосходным проводником электричества при комнатной температуре; поэтому он находит применение в светоизлучающих диодах (LED), детекторах в ранних радиоприемниках, преобразователях мощности (например, в электромобилях), светоизлучающих диодах (LED) и преобразователях мощности в ранних радиоприемниках - во всех типах устройств полупроводниковой электроники, использующих SiC. Природный муассанит добывается лишь в очень ограниченных количествах, в то время как практически весь SiC, продаваемый в промышленных масштабах, производится синтетическим путем из найденного сырья.

Микросхемы из карбида кремния имеют ряд преимуществ перед кремниевыми аналогами в силовой электронике, включая более низкие рабочие температуры и частоты переключения. Недавно компания Coherent попала в заголовки газет, создав дочернюю компанию, занимающуюся исключительно производством карбида кремния, - по стопам Wolfspeed, построившей крупнейший в Германии завод по производству карбида кремния, и Infineon Technologies, выпускающей полупроводниковые приборы.

С момента основания компании Coherent бизнес по производству карбида кремния расширился в геометрической прогрессии, выпуская большие пластины для производства высокопроизводительных силовых устройств. Были созданы линии для обработки подложек диаметром до 200 мм, а инструменты были квалифицированы для использования в этом процессе. Кроме того, филиал по производству эпитаксиальных пластин служит отправной точкой для изготовления множества силовых полупроводниковых приборов.

Чтобы максимизировать выход продукции и снизить затраты, дочерняя компания перешла на технологию Lely, в которой порошок карбида кремния сублимируется в более высокотемпературные виды SiC, такие как нитрид кремния (SiN) и дикарбид кремния (Si2C). Метод Lely позволяет выращивать монокристаллы высокой чистоты, которые затем разрезаются для создания отдельных эпитаксиальных пластин. Этот метод может быть более дорогостоящим, чем химическое осаждение из паровой фазы, но он считается необходимым для производства надежных и в то же время недорогих полупроводниковых приборов из карбида кремния.

Дочерняя компания подписала долгосрочные соглашения о поставках с DENSO и Mitsubishi Electric, которые используют SiC-подложки и эпитаксиальные пластины, произведенные нашей дочерней компанией, для производства силовых преобразователей в электромобилях. В рамках этих контрактов будут закупаться 150- и 200-миллиметровые SiC-подложки для обеспечения соответствующих потребностей в силовой электронике.

Ценообразование

Акции Coherent COHR, +4.52% выросли во вторник после новостей о том, что ее бизнес по производству полупроводников из карбида кремния получит $1 млрд от японских автопроизводителей Denso 6902, -1.07% и Mitsubishi Electric 6503 -0.68%, которые инвестируют по $500 млн за 12.5% неконтрольных пакетов акций; питтсбургской компании Coherent принадлежит 75%.

Инвестиции Coherent ускорят реализацию планов по расширению капитала и позволят заключить долгосрочные соглашения о поставках. Кроме того, эта сделка позволит Coherent стать коммерческим игроком, работающим с клиентами на всех уровнях цепочки создания стоимости, начиная с производства SiC-подложек и эпиреакторов и заканчивая разработкой и производством устройств и модулей. Сохаил Хан, старший исполнительный директор по новым предприятиям и бизнесу широкополосной электроники, возглавит новую дочернюю компанию в качестве генерального директора.

В результате инвестиций на коммуникационный сегмент компании Coherent пришлось около 65% от общей выручки в 2018 финансовом году; благодаря этим инвестициям ожидается, что к 2023 финансовому году бизнес компании достигнет выручки более $2 млрд и маржи прибыли более 15%, согласно рейтингам Fitch. Это впечатляющий рост по сравнению с доходами в размере около $650 миллионов в год в течение 2018 финансового года.

Карбид кремния - экзотическое соединение, встречающееся в небольших количествах только в некоторых месторождениях метеоритов и корунда, а также в драгоценном камне муассаните. Благодаря своим особым свойствам карбид кремния стал неотъемлемым компонентом высокотемпературной электроники и силовой электроники; он способен выдерживать более высокие температуры и напряжения, чем кремний, и при этом проводить электричество эффективнее, чем алюминий или сталь. Кроме того, карбид кремния значительно легче и прочнее своих алюминиевых и стальных аналогов.

За последние два года компания Coherent инвестировала значительные средства в свой бизнес, чтобы увеличить мощности и поддержать дальнейшее расширение, включая строительство линии по производству 300-мм пластин, а также инвестиции в оборудование для обработки эпи-вафель и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. В настоящее время Coherent поставляет SiC пластины диаметром 200 и 400 мм различным клиентам по всему миру.

Fitch ожидает, что рост бизнеса карбида кремния в сочетании с эффективностью затрат в результате приобретения Coherent поможет компенсировать слабость в других сегментах, что приведет к покрытию процентов по EBITDA на уровнях, близких к типичным уровням “BB” в течение прогнозного периода.