Coherent получила $1 миллиард инвестиций в силовые подложки из карбида кремния для электромобилей

8 апреля компания Coherent из Саксонбурга, штат Пенсильвания, объявила о том, что японские поставщики автомобилей DENSO и Mitsubishi Electric инвестировали $1 миллиард в ее бизнес по производству карбида кремния, владея 12,5% неконтрольным пакетом акций в недавно созданной дочерней компании, которая будет управлять бизнесом под руководством Сохаила Хана, исполнительного вице-президента по новым предприятиям и технологиям широкополосной электроники Coherent.

Что такое SiC?

По мере роста спроса на электромобили производители вкладывают все больше средств в силовые полупроводниковые чипы из карбида кремния (SiC), чтобы снизить стоимость и повысить эффективность. Устройства на основе SiC доказали более высокую эффективность преобразования энергии по сравнению с кремниевыми (Si).

Полупроводники SiC могут переключаться на более высоких частотах, увеличивая скорость и эффективность, а также снижая потери мощности по сравнению с обычными Si. Кроме того, благодаря более низкому тепловыделению они позволяют поглощать больше энергии двигателями, что увеличивает радиус действия аккумулятора.

Хотя силовые полупроводники SiC обладают многочисленными преимуществами, их более широкое применение по-прежнему ограничивается стоимостью и проблемами доступности пластин. Чтобы решить эти проблемы, компания Coherent, производитель лазеров и переключателей для схем из Пенсильвании, открыла дочернюю компанию, занимающуюся исключительно производством SiC; Coherent надеется, что этот шаг приведет к увеличению доходов примерно на один миллиард в 2022 году.

Исполнительный вице-президент Coherent Сохаил Хан будет руководить новой дочерней компанией, и уже заключил долгосрочные соглашения о поставках с двумя японскими поставщиками электромобилей - DENSO Corp из префектуры Кария Айти и Mitsubishi Electric Corp из Токио, которые предоставляют каждой фирме долю в капитале стоимостью $500 миллионов в общей сложности за один миллиард общих инвестиций в дочернюю компанию.

DENSO будет использовать подложки из карбида кремния от Mitsubishi Electric для создания инверторов, используемых в системах питания электромобилей (EV), которые приводят в действие и управляют двигателями, а DENSO будет использовать их для изготовления модулей SiC, используемых для преобразования электрического тока в полезную энергию.

Для производства высококачественных подложек дочерняя компания использует непрерывный процесс эпитаксиального роста для формирования непрерывного слоя материала с-плоскости SiC, а затем применяет химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Наконец, подложки отрезаются и перерабатываются в отдельные полупроводниковые чипы для производства.

Хан ожидает, что подложки диаметром 200 мм станут доминирующим размером к 2025 году, когда будет открыта сборочная линия для их производства и все необходимые инструменты будут одобрены для квалификации.

Приложения

По мере того как во всем мире все активнее внедряются электромобили (EV), спрос на карбид кремния для полупроводников растет в геометрической прогрессии. Этот материал обладает преимуществами перед традиционным кремнием для высокотемпературных и высокочастотных приложений, таких как преобразователи мощности. Бывшее подразделение II-VI компании Coherent уже давно поставляет 150- и 200-миллиметровые подложки, а также эпитаксиальные пластины для этого рынка.

SiC идеально подходит для использования в суровых условиях благодаря своей превосходной теплопроводности, что делает его пригодным для применения в автомобильных, телекоммуникационных, аэрокосмических и морских системах электропитания, а также в промышленных преобразователях мощности. Способность SiC выдерживать более высокие температуры и сложные условия окружающей среды, характерные для этих устройств, приводит к снижению общей стоимости, веса, размера и сложности системы; кроме того, она уменьшает требования к охлаждению и позволяет использовать корпуса меньшей площади, что повышает плотность мощности.

Низкая плотность ядерных спинов SiC также позволяет ему поддерживать более длительное время декогеренции электронного спина, чем алмаз, что было продемонстрировано в недавнем исследовании с одноэлектронными спиновыми кубитами, использующими спины основного состояния SiC, с ожидаемым временем T1 в 100 us по сравнению с 50 us для алмазных кубитов.

Исследования с использованием дефектов Cr с электронной конфигурацией 3d2 создали невырожденные орбитальные триплетные основные состояния и невырожденные 1E спиновые синглетные орбитальные дублетные возбужденные состояния, которые спиново запрещены для перехода между ними; создавая низкие энергетические зазоры с большим временем распада, подходящие для приложений квантовой связи.

Cr4+ может быть получен в глубоком SiC с помощью высокоэнергетической ионной имплантации с последующим отжигом при 1800 градС для стабилизации и минимизации оптически активного фонового шума. Внерезонансная фотолюминесценция при 30 К позволяет обнаружить сигналы Cr4+ с высоким пространственным разрешением и сильными развязывающими свойствами.

Эта сделка также позволяет компаниям DENSO и Mitsubishi Electric обеспечить надежные поставки качественных 200-миллиметровых пластин с завода Coherent в Саксонбурге, поддерживая их спрос на 150- и 200-миллиметровые подложки, необходимые для производства силовых полупроводниковых устройств, которые расширяют диапазон работы BEV за пределы возможностей традиционных кремниевых чипов.

Процессы

Компания Coherent расширила свое предприятие в Палмер Тауншип, штат Пенсильвания, чтобы соответствовать растущему спросу на чипы из карбида кремния, производить лазеры и переключатели, используемые в электронных схемах, а также предлагать пластины из карбида кремния, которые увеличивают дальность хода электромобилей более эффективно, чем пластины на основе кремния.

Американская компания получила инвестиции в размере $1 миллиарда от двух японских фирм, поставляющих продукцию с использованием силовых приборов SiC, а также заключила соглашения о поставках, которые позволят ускорить реализацию планов по увеличению капитала для развития бизнеса.

DENSO и Mitsubishi Electric будут владеть по 12,5% акций в Silicon Carbide, вновь созданной дочерней компании. Обе компании заключили долгосрочные соглашения о поставках с этой дочерней компанией. Оба производителя выпускают электронные устройства, в том числе силовые устройства на основе SiC, такие как инверторы для электромобилей, и входят в число ведущих мировых производителей таких устройств.

Карбид кремния обладает более высокой термостойкостью и химической стабильностью, чем его альтернатива, традиционный кремний, и при этом является более экологичным материалом. Компаниям, поставляющим подложки из карбида кремния, требуется долговременная надежность для приложений заказчика. Карбид кремния обеспечивает такую надежность.

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории разработали передовой производственный процесс, позволяющий получать высококачественные пластины карбида кремния, используя метод атомно-парового осаждения (APVD) для нанесения слоев карбида кремния на стеклянные подложки, что позволяет получать пластины с уровнем чистоты, превосходящим существующие промышленные стандарты.

Ученые также усовершенствовали квантовый датчик на основе SiC, применив новую технику для обнаружения спинового распада одного кубита и увеличив время когерентности устройства. Их метод объединил микроволновые импульсы с полностью электрическим считыванием магнитного резонанса, что улучшило соотношение сигнал/шум при измерении спинового распада, а также такие свойства, как нутация спина Раби и дефазировка.

Эта новая технология обещает обеспечить высокопроизводительную визуализацию химических и биологических образцов в лабораторных условиях с высоким разрешением, что позволит более точно диагностировать заболевания растений, животных и людей. Ученые ожидают, что она будет полезна и для поиска лекарств, а также для проверки питьевой воды и продуктов питания на наличие загрязняющих веществ.

Ценообразование

Стоимость долгое время была серьезным препятствием для производства электромобилей, но вскоре ситуация может измениться благодаря новым инвестициям и планируемым коммерческим поставкам высококачественных и в то же время экономичных подложек.

Во вторник компания Coherent объявила о том, что японские компании Denso и Mitsubishi Electric инвестировали $1 млрд в ее предприятие по производству карбида кремния, расположенное в Саксонбурге, штат Пенсильвания. Каждая из компаний теперь владеет 12,5% в этом подразделении стоимостью $4 млрд, в то время как Coherent сохраняет 75% и управляет им как независимой дочерней компанией; кроме того, эта сделка включает долгосрочные соглашения о поставках.

Полупроводники из карбида кремния, лазеры и переключатели - вот одна из многих продуктов, производимых на этом предприятии. Среди клиентов компании - производители телекоммуникационных сетей, медицинского оборудования, аэрокосмических/оборонных систем, энергетические компании, производители полупроводниковых приборов и исследовательские лаборатории. Хотя в последнее время спрос снизился, компания ожидает, что рост возобновится к 2024 году.

Доходы Coherent оказались под угрозой из-за низких продаж на рынках промышленной, инструментальной и бытовой электроники, замедления темпов роста рынка связи после пандемии и медленного восстановления экономики Китая. За последний год цена акций компании снизилась на 22% против 10% роста индекса S&P 500 Electronic Components Index.

Многочисленные компании разрабатывают микросхемы силовой электроники из карбида кремния (SiC). Они необходимы для производства электромобилей по мере увеличения их дальности хода. К сожалению, производство этих сложных и дорогостоящих микросхем является дорогостоящим и сложным. Поэтому многие производители SiC предприняли значительные шаги по увеличению производственных мощностей; особенно отличилась немецкая компания Wolfspeed.

Компания объявила о расширении производства усилителей мощности GaN-on-SiC RF и других СВЧ-устройств с использованием высококачественных полуизолирующих подложек SiC, что знаменует собой важный шаг на пути к массовому производству силовой электроники на SiC. Доступные размеры подложек варьируются от 150 мм до 200 мм в диаметре, причем последний размер, как ожидается, станет доминирующим к 2025 году; технологические линии уже установлены, а инструменты проходят квалификационные испытания для обработки этих больших подложек.