在生活中，大家比較熟悉的是芯片，但芯片研發(fā)出來后并不能直接使用，而是要通過加工成為功率器件——一個個指甲蓋大小的黑盒子，芯片被嵌在盒中、盒外有兩三根金屬針腳。就是這樣的小盒子，在和“電”相關(guān)的各個領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用。

 

當(dāng)前半導(dǎo)體材料已發(fā)展至第三代，碳化硅和氮化鎵兩種材料是第三代半導(dǎo)體功率器件的主流發(fā)展方向。相對于傳統(tǒng)的硅材料，第三代半導(dǎo)體功率器件體積更小、重量更輕、效率更高。通俗地說，有了碳化硅和氮化鎵等功率器件，手機(jī)、電腦的充電器可以變得小巧、電動汽車的電源體積可以節(jié)省80%左右、衛(wèi)星的重量可以減少噸級……

 

在杭州，有這樣一家年輕的初創(chuàng)企業(yè)——派恩杰半導(dǎo)體(杭州)有限公司，從兩年多前創(chuàng)立到現(xiàn)在，他們專注于碳化硅和氮化鎵功率器件設(shè)計制造，為第三代半導(dǎo)體功率器件國產(chǎn)化拓展了方向。

 

“我們主要把精力放在碳化硅和氮化鎵功率器件研發(fā)上，氮化鎵器件適合生產(chǎn)消費(fèi)領(lǐng)域，可以用在充電器和激光雷達(dá)等方面；碳化硅器件則更適合高電壓大功率應(yīng)用，一般用在工廠設(shè)備、高鐵、電動汽車、5G基站等工業(yè)場景中，應(yīng)用場景廣闊，是我們重點研發(fā)的領(lǐng)域。”派恩杰創(chuàng)始人黃興介紹。

 

2019年4月，派恩杰對外發(fā)布首款氮化鎵產(chǎn)品，這款產(chǎn)品可以降低70%-90%的電源損耗。黃興說，對于消費(fèi)級應(yīng)用如手機(jī)快充等，氮化鎵可以實現(xiàn)全面的導(dǎo)入和應(yīng)用。目前5G通信業(yè)務(wù)正進(jìn)入快速擴(kuò)張期，對應(yīng)的氮化鎵功率器件需求持續(xù)增長，接下來氮化鎵產(chǎn)業(yè)換代的步伐將加快。

 

同年8月，派恩杰發(fā)布國內(nèi)首款6寸第三代碳化硅MOSFET，引起業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。該產(chǎn)品用于充電樁、太陽能及風(fēng)能并網(wǎng)、高鐵、智能電網(wǎng)等，損耗、能效等指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，自主研發(fā)的碳化硅功率器件水平領(lǐng)跑全國。

 

半導(dǎo)體行業(yè)有一句話：“得碳化硅者得天下”。碳化硅是制造高溫、高頻、大功率半導(dǎo)體器件的理想襯底材料，綜合性能較硅材料可提升上千倍，被譽(yù)為固態(tài)光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”，是光電子和微電子等產(chǎn)業(yè)的“新發(fā)動機(jī)”。

 

黃興介紹，隨著2019年底第一批國產(chǎn)特斯拉電動車的交付，碳化硅功率器件相關(guān)領(lǐng)域全面取代硅基IGBT的趨勢也越來越明顯。特別是碳化硅帶來的高效率、低重量、小體積，以及在散熱與并聯(lián)方面的易用性，對于新能源汽車的整體設(shè)計至關(guān)重要。另外，第五代(5G)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、無人駕駛和自動汽車、交通電氣化、增強(qiáng)現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實(AR/VR)等產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展，這些應(yīng)用正在推動3D傳感的應(yīng)用，提高功率模塊效率和更高頻率的通信應(yīng)用，而所有這些新發(fā)展背后的關(guān)鍵器件都是由第三代碳化硅半導(dǎo)體制造而成。

 

不過，氮化鎵和碳化硅器件產(chǎn)品上要實現(xiàn)突破并沒有想象中簡單。據(jù)介紹，功率器件的生產(chǎn)在外延片基礎(chǔ)上，要進(jìn)行薄膜沉積、掩模光刻、離子注入、金屬沉積等等步驟。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝流程設(shè)計都是不停嘗試，不斷積累，最終才能生產(chǎn)出滿足客戶需求的產(chǎn)品。而對國內(nèi)企業(yè)來說，根據(jù)客戶的需求，定制化研發(fā)和量產(chǎn)碳化硅產(chǎn)品是最薄弱的環(huán)節(jié)。

 

作為一家初創(chuàng)企業(yè)，派恩杰目前采用代工方式生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品。不過他們把目光放得更長遠(yuǎn)，派恩杰正在籌劃在國內(nèi)建成自己的產(chǎn)線，計劃年流片能力6萬片碳化硅6英寸芯片，年產(chǎn)值在20億人民幣左右。“產(chǎn)線落地之后，可以實現(xiàn)碳化硅功率器件生產(chǎn)的完全國有自主可控。”黃興說。碳化硅材料實現(xiàn)量產(chǎn)后，將打破國外壟斷，推動國內(nèi)5G芯片技術(shù)和生產(chǎn)能力的提升。