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特斯拉领军，新材料碳化硅在电动车市场需求起飞

特斯拉领军，新材料碳化硅在电动车市场需求起飞
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电动车已成为汽车市场主流 ， 多数电动车仍是以硅材料的IGBT来作逆变器芯片模组 ， 是功率半导体在电动车领域的技术主流 。 但自从特斯拉Tesla推出Model3 ， 在逆变器模组上采用碳化硅SiC后 ， 碳化硅这类新型半导体材料越来越受重视 。
传统的硅材料具有工艺成熟度高、成本低等优点 ， 但受到物理天性限制 ， 在高压、高温等应用场景下 ， 硅材料逐渐面临挑战 ， 也让第三代半导体材料开始受到重视 。
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尤其是碳化硅SiC ， 相较于硅材料具有高耐压、高速动作、热传导率快等优势 ， 能在严苛环境下稳定操作 ， 成为使用在电动车中提升续航里程的关键因素 。
然而 ， 碳化硅最大缺点是产量低、成本高 ， 目前仅能供应利基市场为主 。 碳化硅最早导入的领域是是太阳能及储能中的逆变器 ， 这几年逐渐渗透到电动车领域中 。
特斯拉领军，新材料碳化硅在电动车市场需求起飞
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【特斯拉领军，新材料碳化硅在电动车市场需求起飞】Soitec全球战略执行副总裁ThomasPiliszczuk表示 ， 目前汽车行业的大趋势是CASE-互联、自动化、共享和电动化 。 估计2030年5G汽车的销量会达到1600万 ， 自动化驾驶L3及以上车型销量会达到700万辆 ， 而电动汽车会达到2300万辆 ， 将会带给汽车产业很多变化 。
他进一步表示 ， 2007年以前 ， 电子系统的成本在整个整车成本中 ， 可能只占20% ， 预计到2030年会达到50% 。
对于L1到L5等级的自动驾驶而言 ， 在L1时自动驾驶的半导体内容成本只有约150美金 ， 到L3等级提升至600美金 ， 上升到L4、L5等级 ， 整车的半导体占成本将会达到1200美金 ， 且一部分成本是用在功率MOSFET ， 比如碳化硅即是一例 。
Soitec的SmartCut技术 ， 已经开发出多种优化衬底来满足不同市场应用的需求 。 目前该技术已广泛应用于SOI衬底的批量生产 ， 包括FD-SOI、RF-SOI、Power-SOI、Photonics-SOI和Imager-SOI 。
Soitec表示 ， SmartCut技术是晶圆键合和分离技术 ， 它能将超薄的晶体材料从一个衬底转移到另一个衬底之上 ， 从而打破原有的物理限制并改变整个衬底行业的状况 。
可以把SmartCut技术比喻成一把锋利的纳米刀 ， 能够堆叠非常薄（10-100nm）且均匀的半导体材料晶体层 ， 打破原有金属之间沉积层的限制 ， 同时确保原子网格上各层的厚度均匀一致 ， 之后再结合工艺优化 ， 包括注入、分离、抛光、减薄等程序 。
Soitec的SmartCut技术从1992年公司成立就一直使用至今 ， 在硅、碳化硅、蓝宝石衬底等各种半导体材料中都得到了实践应用 。 该技术最大的优点在于可提高材料均匀性 ， 降低材料的缺陷密度 ， 以及使高质量的晶圆循环再利用 。
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SmartCut技术应用包括RF-SOI、POI用于滤波器 ， 还有FD-SOI广泛的应用在汽车的互联中;另外像是5G、WiFi、GPS与一些汽车上面的系统 ， 都会广泛使用RF-SOI、POI和FD-SOI 。
目前已经有越来越多的半导体厂开始采用FD-SOI技术 ， 包括格芯GlobalFoundries、三星、瑞萨、意法半导体等 。
同时 ， FD-SOI技术也导入许多汽车应用中 ， 比如ArbeRobotics公司的4D成像雷达 ， 就是在22nm的FD-SOI功率上实现的；MobileyeEyeQ4的视觉处理器是采用28nm的FD-SOI技术 。
不过 ， 目前碳化硅最大问题是在产量低、成本高 。
针对这点 ， Piliszczuk表示 ， Soitec基于SmartCut技术的碳化硅解决方案项目处于研发阶段 ， 但很快会向客户发送第一批样品 ， 主要是6寸晶圆的解决方案 ， 未来会逐渐往8寸晶圆迈进 。
对于Soitec各项业务进展 ， Piliszczuk表示 ， 看好几块市场包括智能手机、物联网、边缘计算、汽车、数据中心等 ， 这几大市场的发展由5G、AI、能源效率这三大技术趋势推动 ， 而这三大趋势也是Soitec发展的主要支柱 。
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Soitec在2020财年销售额达到6亿欧元 ， 年增长为28% ， 公司几大类产品的发展如下：
第一是RF-SOI：主要服务于5G智能手机的射频前端模块的标准 。
估计2020年5G的智能手机出货量预计在2亿台左右 。 2020年全球智能手机出货量下降约10% ， 但5G智能手机里面RF-SOI的内容比例却增加 ， 正好弥补了手机市场下降的10% 。
第二是FD-SOI：使用的范围包括汽车、物联网、智能家居、智能手机等 。
同时 ， FD-SOI可以用于带嵌入式内存的低功耗FPGA平台 ， 用于高效多线程的驾驶辅助处理器 ， 还有边缘计算当中的语音处理器 ， 以及其他的微控制单元 。
第三是特殊SOI：主要服务于汽车市场、面部识别、数据中心市场 。
其中 ， Power-SOI是用于汽车的管理控制系统;Imager-SOI主要用于面部识别和3D传感 ， 未来市场的发展很大程度上取决于人脸ID识别的智能手机这块市场的推动 。
第四是滤波器的业务：主要是为POI衬底建立一个声表滤波器的标准 ， 能够满足4G和5G智能手机需求 。


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