SiC和GaN作為第三代半導體材料的先鋒，以其三大特性：開關頻率高、禁帶寬度大、導通電阻低，使得新一代通用電源在縮小容積以及提升充電速度方面都有了長足進步。與此同時，我國電動汽車市場發(fā)展迅速，與之配套的充電設施產業(yè)卻尚處于發(fā)展的初級階段，需不斷進行產業(yè)升級和技術迭代。同時，充電樁布局仍存巨大缺口。同時，消費電子領域智能快充與Type-C市場持續(xù)爆火，高品質快充供不應求局面亟待破解。
9月28日，由半導體產業(yè)網、第三代半導體產業(yè)（公號）、博聞創(chuàng)意會展（深圳）有限公司共同主辦的“2021第三代半導體技術及充電產業(yè)合作論壇”在“ELEXCON深圳國際電子展暨嵌入式系統展”同期舉行。論壇特別邀請到第三代半導體及充電樁、PD快充產業(yè)鏈相關專家和企業(yè)代表，共同探討第三代半導體技術及充電產業(yè)機遇與挑戰(zhàn)。
深圳大學微電子研究院院長助理、材料學院研究員劉新科，南方科技大學研究員、荷蘭代爾夫特理工大學訪問教授葉懷宇，華盛新能源科技(深圳)有限公司市場總監(jiān)萬江山、山東力冠微電子裝備有限公司銷售總監(jiān)孫軍偉、英諾賽科科技有公司高級產品應用經理鄒艷波，深圳市國投創(chuàng)新科技有限公司副總經理葉木林、深圳市貝思科爾軟件技術有限公司總經理邱志國、深圳市先進連接科技有限公司副總經理胡博、南京芯干線科技有限公司數字電源應用總監(jiān)周陽等嘉賓出席峰會并作論壇主題報告。并特邀南方科技大學副教授汪青，深圳大學劉新科研究員，南方科技大學葉懷宇研究員擔任嘉賓主持人。
論壇的主題報告環(huán)節(jié)，華盛新能源科技(深圳)有限公司市場總監(jiān)萬江山分享了“新能源汽車浪潮下的充電樁產業(yè)及創(chuàng)新方案”的主題報告。他介紹，充電樁是新能源汽車行業(yè)發(fā)展的基石，隨著電動車的不斷放量，充電樁作為配套設施必須跟上。伴隨著新能源車保有量的增長，充電樁的保有量也將增長，二者相關性系數0.9976，體現出很強的相關性。不管從現實需求，還是政策支持，充電樁都迎來了光明的前景。整體來看，今年8月新能源汽車滲透率已提升至17.8%，新能源乘用車滲透率更是接近20%。中汽協預計，按照目前的態(tài)勢發(fā)展，我國有望提前實現2025年新能源汽車20%市場份額的目標。我國乃至全球新能源汽車市場前景樂觀，發(fā)展?jié)摿薮?。隨著新能源汽車的迅猛增長，與不斷增加的新能源汽車的保有量相比，充電樁建設仍顯不足，未來充電樁基礎設施建設的發(fā)展必將進入加速增長期。
他表示，當下車端、樁端都實現了規(guī)?；?，可利用的直流快充模式一般功率在60~120KW，而要進一步縮短充電時間，未來有兩個發(fā)展方向：一、大電流直流快充；二、高電壓直流快充，通過加大電流或提升電壓，進一步提高充電功率，達到250~350KW。采用高電壓實現大功率直流快充，從現有的400V平臺到800~1000V高壓平臺，車端與樁端都需要進行產品部件的優(yōu)化設計與重新適配。在車端，電動汽車的電池包、電驅動、PTC、空調壓縮機、車載充電機等需要重新選型。目前，SiC等能夠承受更高電壓的器件及其他部件已不斷被開發(fā)，通過技術快速迭代。
他表示，當下車端、樁端都實現了規(guī)?；?，可利用的直流快充模式一般功率在60~120KW，而要進一步縮短充電時間，未來有兩個發(fā)展方向：一、大電流直流快充；二、高電壓直流快充，通過加大電流或提升電壓，進一步提高充電功率，達到250~350KW。采用高電壓實現大功率直流快充，從現有的400V平臺到800~1000V高壓平臺，車端與樁端都需要進行產品部件的優(yōu)化設計與重新適配。在車端，電動汽車的電池包、電驅動、PTC、空調壓縮機、車載充電機等需要重新選型。目前，SiC等能夠承受更高電壓的器件及其他部件已不斷被開發(fā)，通過技術快速迭代。
深圳大學微電子研究院院長助理、材料學院研究員劉新科做了題為“基于氮化鎵單晶襯底的半導體器件”的主題報告，首先介紹了氮化鎵單晶襯底材料的優(yōu)點，他表示，氮化鎵材料具有高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫、抗輻照等優(yōu)越性能；切合國家 “新基建”的國家戰(zhàn)略需求，例如5G/6G、智能電動汽車，大數據中心等，氮化鎵是支持新一代移動通信、新能源汽車、高速軌道列車、能源互聯網等產業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展和轉型升級的重點核心材料和電子元器件。他指出，GaN-on-GaN技術路線的獨特特點：1）缺陷密度極低(約103cm-2); (2)橫行器件和縱向器件的雙可能性; (3) 相同器件面積下，更大的輸出電流和更高的器件耐壓；(4) 超強的器件可靠性，無電流崩塌等。
隨后，報告詳細介紹了基于氮化鎵單晶襯底的垂直電力電子器件(SBDs, PNDs, FETs)；基于氮化鎵單晶襯底的水平HEMTs器件; 2D/氮化鎵單晶的（2D-on-6H）范德華異質結的半導體器件等角度，分享了最新研究成果。并指出，一種核心材料，一代關鍵技術，一代奮斗。展望未來，隨著技術的不斷進步，良率將實現80-90%，成本將大幅度下降，產業(yè)競爭也會加速，關鍵科學問題更加聚焦，產業(yè)一定是在中國。
隨后，報告詳細介紹了基于氮化鎵單晶襯底的垂直電力電子器件(SBDs, PNDs, FETs)；基于氮化鎵單晶襯底的水平HEMTs器件; 2D/氮化鎵單晶的（2D-on-6H）范德華異質結的半導體器件等角度，分享了最新研究成果。并指出，一種核心材料，一代關鍵技術，一代奮斗。展望未來，隨著技術的不斷進步，良率將實現80-90%，成本將大幅度下降，產業(yè)競爭也會加速，關鍵科學問題更加聚焦，產業(yè)一定是在中國。
第三代半導體設備技術是第三代半導體技術發(fā)展的重要支撐和基礎。其中，山東力冠是一家專門從事晶體生長設備、半導體工藝裝備的一家專業(yè)裝備生產商，其中主要產品有晶體生長設備（提拉爐、下降爐），半導體工藝設備（6"/8"氧化擴散爐、LPCVD、PECVD），第三代半導體設備（PVT設備、HVPE設備、高溫氧化爐、LPCVD）會上山東力冠微電子裝備有限公司銷售總監(jiān)孫軍偉做了題為“第三代半導體晶體生長及相關裝備進展”的主題報告，并介紹了各種設備新的進展狀況。其中，6寸碳化硅單晶生長難點（感應加熱方式）：原料區(qū)和生長區(qū)的溫度需要獨立控制；腔室真空度及泄漏率難以降低背景氮雜質濃度，導致摻雜不可控；高溫下，保溫損耗和變形，導致溫場穩(wěn)定性、一致性差。山東力冠的解決方案是雙線圈分區(qū)控制，優(yōu)化密封技術，減少氮雜質，獨特的坩堝旋轉，降低對坩堝溫場的影響。最后，她還表示山東力冠一直致力于裝備國產化，以前很多廠商不太信任國產裝備，但是隨著我們裝備工藝的不斷進步，設備的性能指標已經得到企業(yè)很好驗證，已經應用到眾多知名廠商產線，并得到了許多國際貿易訂單。
隨著市場對快充適配器功率密度的不斷追求，適配器的開關頻率逐漸提升，以縮小內部元件體積，傳統的Si MOS器件，開關損耗和驅動損耗已經明顯拉低了適配器的轉換效率，器件限制不能繼續(xù)提高工作頻率，限制了磁性元件的縮小，不能進一步提升適配器的功率密度。英諾賽科科技有公司高級產品應用經理鄒艷波分享了All-GaN系列方案在快充領域的應用。他表示，大功率快充期望功率密度進一步提高，InnoGaN 30W~120W 功率段終端產品上市，更多中大功率的設備將使用GaN PD快充。同時，報告還詳細介紹了65W、120W、240WAll-GaN 創(chuàng)新解決方案，其中，65W2C1A，開關頻率：400KHZ功率密度：25W/in3；120W 單C，開關頻率：400KHZ，功率密度：38W/in3；240W 48V/5A，開關頻率：500KHZ，功率密度：41W/in3。他表示，英諾賽科是全球首條8英寸硅基氮化鎵IDM量產線，全球專利700+，產品主要為30V-650V GaN FET，目前在珠海和深圳擁有研發(fā)生產基地，深圳擁有市場和應用基地，2021年底產能可達1萬片晶圓/月。未來，氮化鎵的應用將在消費類電子、工業(yè)和汽車領域的創(chuàng)新應用值得期待。
作為第三代半導體材料，碳化硅（SiC）與硅（Si）相比，介電擊穿強度更大、飽和電子漂移速度更快且熱導率更高。因此，當用于半導體器件中時，碳化硅器件擁有高耐壓、高速開關、低導通電阻、高效率等特性，有助于降低能耗和縮小系統尺寸。碳化硅可以廣泛應用于電動汽車、逆變器、軌道交通、太陽能、風力發(fā)電、消費類電源等領域。南方科技大學研究員、荷蘭代爾夫特理工大學訪問教授葉懷宇做了題為“碳化硅快充/逆變器的先進微納金屬燒結封裝技術”的主題報告，并分享了研制的一種性能優(yōu)良的納米銅基漿料，設計并制造了兩代低電感碳化硅功率模塊（3nH和2.5nH），設計并制造了一種1 kA/10 kV半橋高壓大電流壓接式IGBT功率模塊等最新研究進展。
在新基建政策的加持下，擁有巨大潛力的充電樁市場受到了關注，充電設施的大規(guī)模建設帶來了技術進步和產業(yè)升級，一批新技術、新模式開始加快落地和應用。深圳市國投創(chuàng)新科技有限公司副總經理葉木林帶來了題為“充電樁的發(fā)展及運營趨勢”的主題報告。他表示，我國新能源汽車產業(yè)經過了10多年的發(fā)展，消費者對電動車的認可度不斷提高。并且，新能源汽車產業(yè)由之前完全靠政策推動，轉向了由政策和市場雙驅動。在保有量方面，截止2020年底，全國共有新能源汽車保有量492萬輛，同比增長29.13%。新能源汽車需求量及保有量地進一步增長，對于電動汽車充電樁的需求量也在不斷擴張。充電樁發(fā)展趨勢將朝著大功率超級充電，能源路由器和換電發(fā)展方向邁進。未來充電樁不僅僅是一個充電接口，也將具備與自動駕駛、自動充電、自動停車相配套的智能屬性，成為智慧城市、汽車網絡的重要節(jié)點。
半導體器件仿真技術能有效突破器件實驗表象，可視化器件內部最根本的物理機制，加深對半導體器件物理的理解，助力于半導體器件架構的優(yōu)化和制。深圳市貝思科爾軟件技術有限公司總經理邱志國分享了第三代半導體器件的熱測試與仿真解決方案。報告主要介紹了基于Simcenter T3Ster/PWT的熱可靠性測試解決方案，基于Simcenter FloTHERM/FloEFD的熱仿真解決方案和貝思科爾（BasiCAE）助力第三代功率半導體行業(yè)數字化創(chuàng)新進程。
國產電動汽車正在迅速發(fā)展，核心技術競爭激烈，電控模組制造是關鍵技術之一。低溫燒結納米銀膏及散熱封裝互連工藝是電控模組制造的關鍵材料技術。會上，深圳市先進連接科技有限公司副總經理胡博帶來了題為“基于SiC器件的低溫銀燒結方案”的主題報告，具體分享了納米銀膏技術發(fā)展（有壓燒結、無壓燒結、雙峰納米銀顆粒、銀顆粒與銀片）、熱壓燒結應用場景、熱壓燒結材料性能、熱壓燒結材料可靠性研究、無壓燒結材料應用場景、無壓燒結材料性能、無壓燒結材料可靠性研究、熱壓燒結設備等內容。
氮化鎵廣泛應用于LED照明，并在無線應用中發(fā)揮越來越重要的作用。隨著工藝的進步和缺陷率的不斷降低，氮化鎵在交直流電力轉換、改變電壓電平，并且以一定數量的函數確保可靠電力供應的電子電源中的優(yōu)勢越來越明顯。基于氮化鎵的開關功率晶體管可實現全新電源應用，與之前使用的硅材料晶體管相比，在高壓下運轉時，性能更高，損耗更低。南京芯干線科技有限公司數字電源應用總監(jiān)周陽做了題為“氮化鎵功率器件及在數字電源中的應用”的主題報告。報告中介紹，從大類來看，氮化鎵的應用可以分為消費類，工業(yè)類及汽車類。就消費類而言，目前氮化鎵超過一大半的應用都在快充適配器領域。這是因為快充適配器要求便攜性，氮化鎵正好解決了這個痛點。就工業(yè)類而言，氮化鎵將在兩千瓦以下的應用中，廣泛取代傳統的650V硅MOS管。這其中比較讓人垂涎的是服務器電源。因為服務器電源有海量的市場而且又有效率、散熱和體積方面的痛點。類似目前的快充領域，伴隨大數據時代的到來，未來氮化鎵將逐步替代硅MOS管，在服務器電源領域占據較大的市場份額。
為了更好的比較和說明氮化鎵在PD適配器行業(yè)的應用，我們比較了近5年來有代表性的65W超小型適配器。拓撲結構有普通反激，準諧振反激，有源鉗位反激，甚至三電平LLC。主開關管也涵蓋了超結硅MOS管，氮化鎵甚至碳化硅MOS管。功率密度從11到接近20瓦每立方英寸。價格分布也從20多美元一直到100美元以上。我們看到雖然氮化鎵功率器件的價格仍然高于硅超結MOS管，但從PD適配器的價格/成本而言，并非比硅更貴。相反，做的特別小巧的硅基PD適配器成本最高，價格也最為昂貴。報告還介紹了芯干線的65瓦適配器方案使用的是QR方案，130W 、180W 、200W GaN適配器解決方案（PFC+LLC）及1KW數字控制雙向儲能電源模塊。
為了更好的比較和說明氮化鎵在PD適配器行業(yè)的應用，我們比較了近5年來有代表性的65W超小型適配器。拓撲結構有普通反激，準諧振反激，有源鉗位反激，甚至三電平LLC。主開關管也涵蓋了超結硅MOS管，氮化鎵甚至碳化硅MOS管。功率密度從11到接近20瓦每立方英寸。價格分布也從20多美元一直到100美元以上。我們看到雖然氮化鎵功率器件的價格仍然高于硅超結MOS管，但從PD適配器的價格/成本而言，并非比硅更貴。相反，做的特別小巧的硅基PD適配器成本最高，價格也最為昂貴。報告還介紹了芯干線的65瓦適配器方案使用的是QR方案，130W 、180W 、200W GaN適配器解決方案（PFC+LLC）及1KW數字控制雙向儲能電源模塊。
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