据韩媒ETnews消息，近日，韩国晶圆代工大厂东部高科（DB HiTek）聘请了一位来自安森美的功率半导体专家。

业内人士透露，东部高科聘请了安森美半导体前技术开发高级总监Ali Salih，并让他负责氮化镓（GaN）工艺开发。

Salih是一位功率半导体工艺开发人员，拥有约20年的行业经验，曾在电气与电子工程师学会 (IEEE) 上发表过有关功率半导体的重要论文。东部高科聘请Salih是为了加快GaN业务的技术开发和商业化。

这项任命旨在加强第三代功率半导体业务的技术开发和商业化。功率半导体业务目前占东部高科半导体制造（代工）业务的很大一部分，该业务正在从硅（Si）扩展到GaN和碳化硅（SiC）材料，为此聘请该位具有相关技术开发经验的外部专家。

据悉，东部高科正努力确保第三代功率半导体的制作工艺达到可以建设生产线的水平。目前，公司正在考虑订购GaN和SiC生产设备，为新建一条产线做准备。

东部高科计划分别从Aprosemicon和SK Siltron的美国子公司SK Siltron CSS 采购GaN和SiC晶圆。根据市场需求，公司将确定初步生产规模，并于明年开始建设生产线。与SiC相比，GaN功率半导体的技术难度相对较低，预计将首先投入生产。

近来，东部高科有关加大SiC和GaN研发生产的消息不断，从宣布进军该领域，购置核心设备到引入相关人才，可以看到其进军第三代半导体领域的决心。


韩国加大第三代半导体布局

韩企之中想要在第三代半导体领域大展拳脚的并不只有东部高科。三星此前也通过购置SiC/GaN设备和聘请拥有丰富经验的外部专家，来加速推进其第三代半导体代工业务。

韩国的半导体产业在世界范围来说都可以算得上高水准，但在以SiC为代表的第三代功率半导体市场中却并没有出现国际龙头。

根据TrendForce集邦咨询数据显示，2022年SiC功率半导体主要厂商的市场份额占比TOP5分别是意法半导体（36.5%）、英飞凌（17.9%）、Wolfspeed（16.3%）、安森美（11.6%）、罗姆（8.1%），剩余厂商仅占9.6%。

在此背景下，近年来，韩国政府高度重视第三代半导体产业的发展，制定了一系列政策和计划来推动产业创新。例如，韩国政府计划在未来几年内向半导体产业投入数十亿美元，以支持研发和扩大产能。

现今，有不少韩企已经意识到第三代半导体的巨大市场，开始有意加强SiC/GaN产业的建设和升级。韩国的主要半导体企业，如三星和LX Semicon，都在积极投资第三代半导体技术。这些公司不仅在研发方面投入巨资，还在全球范围内寻求合作和收购，以加速技术进步和市场拓展。

此外，韩国本土还有现代、起亚、通用等国际知名车企，随着世界汽车向电车发展，以SiC为代表的车载第三代功率半导体拥有广阔的发挥空间。

除了东部高科和三星，还有一些与第三代半导体产业相关的韩企在国际上拥有一定知名度：生产衬底的SK Siltron、Scenic；制造SiC长晶设备的STI和生产功率器件的TRinno Technology、Yes Power Technics（现已更名为“SK Powertech”）。

韩国企业近来在SiC/GaN功率半导体领域持续加码，想要在第三代半导体市场分得一杯羹，但这些企业能否在强者众多的国际市场上拥有一席之地，还需要时间来验证。

先进半导体材料已上升至国家战略层面

2025年目标渗透率超过50%。底层材料与技术是半导体发展的基础科学，在2025中国制造中，分别对第三代半导体单晶衬底、光电子器件/模块、电力电子器件/模块、射频器件/模块等细分领域做出了目标规划。在任务目标中提到2025实现在5G通信、高效能源管理中的国产化率达到50%；在新能源汽车、消费电子中实现规模应用，在通用照明市场渗透率达到80%以上。

其他国家如，美、日、欧等国都在积极进行第三代半导体材料的战略部署，其中的重点是SiC。作为电力电子器件，SiC在低压领域如高端的白色家电、电动汽车等由于成本因素，逐渐失去了竞争力。但在高压领域，如高速列车、风力发电以及智能电网等，SiC具有不可替代性的优势。

美国等发达国家为了抢占第三代半导体技术的战略制高点，通过国家级创新中心、协同创新中心、联合研发等形式，将企业、高校、研究机构及相关政府部门等有机地联合在一起，实现第三代半导体技术的加速进步，引领、加速并抢占全球第三代半导体市场。

例如，美国国家宇航局（NASA）、国防部先进研究计划署（DARPA）等机构通过研发资助、购买订单等方式，开展SiC、GaN研发、生产与器件研制；韩国方面，在政府相关机构主导下，重点围绕高纯SiC粉末制备、高纯SiC多晶陶瓷、高质量SiC单晶生长、高质量SiC外延材料生长这4个方面，开展研发项目。在功率器件方面，韩国还启动了功率电子的国家项目，重点围绕Si基GaN和SiC。


行业竞争格局

从产业格局看，目前全球SiC产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大，占有全球SiC产量的70%~80%，碳化硅晶圆市场CREE一家市占率高达6成之多；欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链，在全球电力电子市场拥有强大的话语权；日本是设备和模块开发方面的绝对领先者。领先企业包括美国科锐（Cree）旗下的Wolfspeed、德国的SiCrystal、日本的罗姆（ROHM）、新日铁等。

国内目前已实现4英寸衬底的量产；同时山东天岳、天科合达、河北同光、中科节能均已完成6英寸衬底的研发；中电科装备已成功研制出6英寸半绝缘衬底。

尽管全球碳化硅器件市场已经初具规模，但是碳化硅功率器件领域仍然存在一些诸多共性问题亟待突破，比如碳化硅单晶和外延材料价格居高不下、材料缺陷问题仍未完全解决、碳化硅器件制造工艺难度较高、高压碳化硅器件工艺不成熟、器件封装不能满足高频高温应用需求等，全球碳化硅技术和产业距离成熟尚有一定的差距，在一定程度上制约了碳化硅器件市场扩大的步伐。


如何化解第三代半导体的应用痛点

整体而言，碳化硅、氮化镓器件市场已经初具规模，在功率和射频应用领域完成了对硅基半导体器件的初步替代。但由于材料制备技术、器件制造与封装工艺、动静态测试、驱动设计优化以及可靠性等问题尚未完全解决，导致第三代半导体器件的性能大打折扣，无法完全发挥其材料本身的优势。关键技术不成熟、成本居高不下，第三代半导体器件自然难以实现更大规模的商业化落地。下面我们就从碳化硅、氮化镓器件的应用痛点出发，梳理一下国际大厂是如何攻克这些难题的。


优化封装技术突破开关性能限制

与硅功率半导体相比，碳化硅功率器件拥有更快的开关速度、更小尺寸和更低损耗，有望在诸多应用中取代IGBT。然而受限于传统封装技术，碳化硅功率器件的性能优势难以完全得到发挥。传统封装形式通常采用TO-247N，栅极引脚和源极引脚的寄生电感将会与寄生电容发生振荡，从而使MOSFET导通所需的栅极电压降低，导通速度减慢。为此，一些厂商正在寻求更完善的封装方案，以优化器件性能，进一步挖掘碳化硅器件潜力。

贸泽电子在售的来自制造商ROHM Semiconductor的SCT3080KW7TL，是一款7引脚SiC功率MOSFET。SCT3080KW7TL采用了TO-263-7L表贴封装，将电源源极与驱动器源极引脚分离开，可提供独立于电源的驱动器源，有效消除了导通时源极电感对栅极电压的影响。导通时，电流变化时间缩减，导通损耗降低；关断时，寄生电感减少，关断损耗也相应降低。此外，SCT3080KW7TL专有的沟槽式栅极结构将导通电阻降低了50%，输入电容降低了35%。

具体来看，SCT3080KW7TL漏源极击穿电压为1.2kV，连续漏极电流为30A，具有很低的漏源导通电阻，数值为104mΩ。独立式驱动器源极也让SCT3080KW7TL驱动更加简单便捷、易于并联，有助于进一步降低应用设备的功耗。在太阳能逆变器、DC/DC转换器、开关电源、电机驱动等领域，SCT3080KW7TL已经取得了广泛应用。

ROHM Semiconductor另一款也在贸泽有售的BM2SC121FP2-LBZE2，则是一款准谐振AC/DC转换器IC。该芯片同样采用了小型表贴封装TO-263-7L，内部集成了1700V耐压SiC MOSFET及其栅极驱动电路。与Si-MOSFET相比，BM2SC121FP2-LBZE2将AC/DC转换器控制IC、800V耐压Si-MOSFET、齐纳二极管、电阻器和散热板集成在一个封装内，极大地削减了部件数量，在小型化方面极具竞争优势。同时，该芯片内置了高精度过热保护功能，实现了更高的可靠性能。

此外，BM2SC121FP2-LBZE2采用了电流检测电阻作为外部器件，IC设计简单且高度灵活。控制电路采用准谐振方式，运行噪声低、效率高、可软启动，可充分降低EMI。整体而言，BM2SC121FP2-LBZE2为大功率逆变器、AC伺服等工业设备提供了低成本、小型化、高可靠性、高效率的AC/DC转换器解决方案。


调整驱动设计降低功率损耗

作为栅极电压控制器件，MOSFET栅极驱动电压的振荡直接影响着元器件的可靠性，更甚至会造成电路故障或失效。MOSFET器件在转换过程中，栅极与漏极之间的米勒电容将会诱发米勒振荡，干扰栅源极电压上升，从而延长了开关切换时间，导通损耗大幅增加，系统稳定性也随之降低。对于SiC MOSFET而言，其出色的开关速度和性能更是加剧了米勒导通效应。因此，如何减少米勒电容、降低米勒效应的影响，成为各大厂商迫切需要解决的难题。

对此，贸泽电子在售的来自STMicroelectronics的SCTH35N65G2V-7AG提供了一种效果显著的解决方案。SCTH35N65G2V-7AG采用了STMicroelectronics第二代碳化硅MOSFET技术，具有极低的导通电阻和优异的开关性能。该器件漏源极击穿电压为650V，漏源导通电阻最大67mΩ，栅极电荷和输入电容极小，广泛应用于开关电源、DC/DC转换器和工业电机控制等领域。

为了缓解米勒效应，SCTH35N65G2V-7AG采用了有源米勒钳位技术，在瞬态电压额定值低于20V/ns时，有效地抑制了米勒振荡，减少了开关的错误导通率，提高了系统稳定性。在较高瞬态电压下，SCTH35N65G2V-7AG则通过在栅源极使用齐纳保护限制振铃，进一步优化电路输出波形。

此外，与传统IGBT相比，在相同额定电压和等效导通电阻下，SCTH35N65G2V-7AG表现出更加优秀的耐高温、低损耗性能，适用于高开关频率应用场景，可减小无源元件的尺寸。同时，SCTH35N65G2V-7AG的导通损耗与关断损耗均不受结温影响。温度从25℃上升至175℃时，该器件的导通电阻变化率明显低于竞争产品。

STMicroelectronics另一款贸泽在售的单栅极驱动器STGAP2SICSNTR为中高功率应用提供了一个易于使用的驱动方案。该器件可在栅极驱动铜导与低压控制接口电路间提供电流隔离，具备4A与轨到轨输出能力。STGAP2SICSNTR提供了两种不同的配置选项，第一配置具有独立输出引脚，通过使用专用的栅极电阻器独立优化导通和关断。第二种配置则具备单输出引脚和米勒钳位功能，抑制了半桥拓扑结构高速转换时产生的栅极尖峰。总体而言，STGAP2SICSNTR为功率转换和电机驱动器逆变器等工业应用提供了高度灵活、成本低廉的设计方法。


总结

随着新能源汽车、电力电网和5G通信等领域迅速发展，以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体凭借着其在高压、高温、高频应用中的优势，逐渐显露出对硅基半导体的替代作用。然而受限于传统封装工艺、驱动设计等技术瓶颈，第三代半导体器件散热、可靠性方面都面临着新的难题和挑战。