市场 | 碳化硅二极管国产替代按下“快进键

半导体材料与工艺设备

2022年1月7日 13:49

来源：碳化硅芯观察

1.SiC二极管应用市场广泛

肖特基二极管，又称热载流子二极管，通过金属和半导体接触(肖特基接触)形成肖特基势垒，实现整流。与普通PN结二极管相比，肖特基二极管的反向恢复惯性非常低。因此，肖特基二极管适用于高频整流或高速开关。

碳化硅（SiC）是一种高性能的半导体材料，基于SiC的肖特基二极管（SiC Schottky Diode）具有更高能效、更高功率密度、更小尺寸和更高的可靠性，可以在电力电子技术领域打破硅的极限，成为新能源及电力电子的首选器件。

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（图片来源于网络）

目前市面上主流的SiC二极管产品，基本上采用JBS结构。JBS结构主从原理上来说，主要是PN结二极管+肖特基结二极管。这样的结构好处是它综合了PiN反向漏电的特点，而且具有肖特基二极管快速恢复的特点。所以说SiC二极管既能工作在高压下，又能工作在高频下。

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因此SiC二极管在金牌电源、UPS电源、服务器电源等领域得到了大量应用，功率等级从几百瓦到几千瓦。使用的SiC产品规模主要是650V /6A、8A、10A、16A。

2.国产器件实现进口替代的第一步

众所周知，在电源等部分市场中，国产器件目前市占率已拥有较大比例。

下图就是SiC二极管在电源产品中的典型应用。650V的二极管产品一般采用TO-220的封装，通过绝缘片隔离，固定在电路中的散热片上，以实现良好的散热。

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除以上电源类产品外，SiC二极管在新能源汽车和光伏逆变器中也有广泛应用。

在新能源汽车中，SiC二极管主要是用于车载OBC和地面充电桩设备。车载OBC和充电桩功能都是相同的，都是将电网中的交流电转换成直流电，然后给汽车的蓄电池充电。

其中，SiC二极管主要用在两个方面。第一，输入端PFC电路中，SiC二极管作为升压和整流二极管应用。第二，输出端AC-DC电路中，SiC二极管作为高频整流应用。由于车载OBC和充电桩输入电压不同，OBC是220V，充电桩是380V，OBC要求SiC二极管的电压等级是650V，充电桩要求SiC二极管的电压等级是1200V。电流从10A到几十安都有。

在光伏逆变器中，SiC二极管主要是用在前级MPPT电路，作为升压二极管使用。一般来说SiC二极管一般与SiC MOSFET配套使用。目前来说主要使用的是1200V产品。由于光伏逆变器的功率等级跨度比较大，从百瓦到GW的光伏逆变器都有。相应的，对SiC分立器件要求不同，从几A到几十A的TO封装的小器件，到几百A、上千A的功率模块。

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在这两个市场的应用中，国产器件使用率也正在逐年上升。目前国产的SiC产品主要以SiC二极管为主，各大国产碳化硅器件的供应商也都在加快这两个市场的产品验证与可靠性提升。下面给大家汇总分享下各国产碳化硅企业的二极管产品及市场情况：

基本半导体

前不久，基本半导体在创新日上，发不了最新的第三代碳化硅肖特基二极管产品。

基本半导体成功研发的第三代650V、1200V系列碳化硅肖特基二极管，是基本半导体系列标准封装碳化硅肖特基二极管家族中的新成员。相较于前两代二极管，基本半导体称第三代碳化硅肖特基二极管在延用6英寸晶圆工艺基础上，实现了更高的电流密度、更小的元胞尺寸、更强的浪涌能力。

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最新款碳化硅肖特基二极管的亮点表现：

更高电流密度、更低Qc：第三代二极管具有更高电流密度、更低Qc，使其在真实应用环境中开关损耗更低。
更强浪涌能力：通过工艺及设计迭代优化，第三代二极管实现了更高的浪涌能力。
更低成本：更高的电流密度带来更小的芯片面积，使得器件成本较前两代二极管进一步降低。
更高产量：使用6英寸晶圆平台，单片晶圆产出提升至4英寸平台产出2倍以上。

瞻芯电子

瞻芯电子作为国内碳化硅半导体功率器件主流供应厂商之一，从成立之初一直备受业界关注。据悉，瞻芯电子与国内主要开关电源厂商和新能源汽车电驱动厂商保持着良好的互动交流并陆续送样测试，并收到多家厂商的技术垂询与测试反馈。

2019年底，瞻芯电子的碳化硅二极管产品系列就在在深圳麦格米特电气股份有限公司认证通过并启动小批量验证试产。最终经过半年的生产实践，麦格米特同意瞻芯电子该产品系列在充电模块产品线上可逐步全方位替代进口器件，进入批量采购阶段。

瞻芯电子目前发布的碳化硅二极管产品，具有650V和1200V两档耐压，封装涵盖DFN8*8，TO252，TO220-2，TO247-2，TO247-3，提供裸芯片，支持最大40A电流，器件均通过了工业级认证。

上海瀚薪科技

通过多年在碳化硅领域的深耕和积累，2014年瀚薪就已完成650V／1200V全系列碳化硅肖特基二极管产品的量产和车规认证，最大单管电流可以到100A；2017年量产650V/1200V的全系列碳化硅MOS并通过车规认证，最低内阻可以到20毫欧。发展至今，瀚薪已拥有深厚的、具有自主知识产权的器件设计和工艺研发的能力，突破了国外大厂在碳化硅技术上的垄断。

上海瀚薪的 650V 系列、1200V 系列和 1700V 系列碳化硅二极管和 MOS 管均已规模量产，且已全部通过车规级认证，按照欧洲新能源车企要求开发的 3300V 系列也已量产，正在导入供应链；

泰科天润

泰科天润是国内早期第三代半导体材料碳化硅器件制造与应用解决方案提供商，主营碳化硅功率器件，包含各种封装形式的碳化硅肖特基二极管、碳化硅MOSFET和碳化硅模块等产品。

泰科天润在北京拥有完整的半导体工艺晶圆厂，并拥有目前国内罕有的一条碳化硅器件生产线。作为国内碳化硅研发生产和平台服务型公司，泰科天润的产品线涉及基础核心技术产品、碳化硅成型产品以及多套行业解决方案。

目前公司基础核心产品——碳化硅肖特基二极管，已经成功实现碳化硅肖特基二极管多个功率器件量产，产品涵盖600V～3300V中高压范围，其中600V/10A、1200V/20A等产品的成品率达到国际领先水平，600V/50A、1200V/50A实现量产突破，1700V/10A、3300V/5A两个产品也已经完成研发。

三安集成

三安集成垂直整合第三代半导体产业链，提供从晶体生长、衬底加工、外延生长、器件设计、芯片制造到器件封测，以及完善的失效分析能力，全面把控产品一致性和可靠性。三安集成碳化硅肖特基二极管于2018年上市后，已完成了从650V到1700V的产品线布局，并累计出货达百余万颗，器件的高可靠性获得客户一致好评。

据悉，三安集成碳化硅MPS肖特基二极管全系列650V和1200V产品采用混合PiN肖特基二极管（ MPS ）设计，能提供更好的可靠性和鲁棒性；得益于其产品特性，三安集成碳化硅功率器件产品可广泛应用于牵引驱动、车载充电、新能源逆变、工业电源、数据中心、PFC、UPS等多领域。

瑞能半导体

今年，瑞能半导体也推出了功率器件新品，据称其中包括了基于国际最新技术的第六代碳化硅二极管产品系列，对传统领域的二极管做出产品迭代，对目前的应用高频化、高效化也做出了有针对性的优化。

鉴于碳化硅拥有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率等特性，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，瑞能半导体也基于提高效率的宗旨在技术上不断进行深耕研发，做出更加轻薄、功率处理能力更强的功率器件。

据悉，该款产品主要采用国际主流技术，以MPS或者JBS，加上薄片工艺生产碳化硅二极管产品，拥有超低VF( 额定电流下典型值约为1.27V )，低反向漏电流，低热阻等优点，在高温150 ℃的条件下，相比于上一代的产品，第六代碳化硅二极管的导通压降效果能提升约25%；在不改变系统设计，仅对器件进行更换的情况下可以提升约0.2%系统效率；

北京国联万众半导体科技有限公司

该公司是中国电科集团十三所旗下的控股子公司，于2015年在北京市顺义区成立，主要致于SiC&GaN半导体器件的国产化。目前在北京研发基地建有72000m2 厂房。

2017年，国联万众推出了全系列的SiC产品，包括SiC二极管、SiC MOSFET、功率模块，电压等级从600V-1700V，电流2A-40A。据称，目前国联万众在基于国产衬底所生产的典型产品在片成品率大于85%，产品交付周期在8周以内。

上图是国联万众生产的SiC肖特基二极管产品的型号列表。从650V/4A-1200V/40A的SiC二极管产品已经全部都实现了稳定供货。包括各种封装形式，TO-252、TO-220、TO-220 全包封、TO-220内绝缘产品、TO-247、-2、-3等产品已经全部实现和国外同规格的P-to-P替代。目前已经在矿基电源、金牌电源、服务器电源，以及光伏逆变、充电桩产品方面都得到了使用。

由于文章篇幅，还有一些国产的碳化硅二极管的情况我们会放在后续的文章中

3. 总结

近年来，随着国产化替代的呼声越来越高，第三代半导体迎来了发展热潮。“十四五”规划将第三代半导体纳入国家集成电路行业发展的重点方向，给予国内半导体生态政策上的支持。国内半导体厂商纷纷加紧布局，试图抓住机遇，扩大影响力。

目前国产化SiC产品大概有以下几个特点。

第一，全产业链国产化。目前SiC器件从材料、设计、工艺、封装，以及设备全部都有国产厂家的参与，并且这些厂家的产品都已经在市面上得到应用。

第二，国产SiC器件品牌众多。这一特点主要是由于国家政策支持，对第三代半导体产业大力支持。此外，市场上应用端的需求量越来越多。所以SiC器件品牌每年都在增加，目前据不完全统计，大于10家，并且每年都有新的厂家出现。

第三，目前国产的SiC产品主要以SiC二极管为主，MOSFET国产市场占有率不高。尤其是基于国产设计，并且基于国产工艺的MOSFET产品。

分立器件可靠性等级一般分为车规级、工业级、消费级。近年来，国产碳化硅在消费级和工业级产品逐步实现替代，在汽车领域的应用也正在加速进入，但是实现全面替代还有一段距离。国产企业想要实现碳化硅产业链的“弯道超车”，还需持续脚踏实地，深耕技术与产品！

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