Soitec 看到了采用 SmartSiC 晶圆的电动汽车中的巨大机遇

道路运输的电气化对于实现欧盟的脱碳和气候变化目标至关重要。对碳化硅衬底的需求经历了巨大的增长，法国绝缘体上硅 (SOI) 晶圆供应商 Soitec 开发了 SmartSiC 技术，以加速 SiC 在电动汽车中的采用。

碳化硅是一种宽带隙半导体，一直是电动汽车的技术加速器，可提高电子系统的功率密度，同时减小汽车的整体尺寸、重量和成本。Soitec 预计，到 2030 年，超过 40% 的新车将是电动汽车，预计到 2026 年，SiC 将占其收入的 10%。

为了实现这一雄心勃勃的目标，Soitec 先后收购了位于格勒诺布尔的 Novasic，并启动了其Bernin 4 工厂的建设，以量产 SmartSiC SiC 基板。

Soitec 的 SmartSiC 从位于格勒诺布尔的 CEA-Leti 的基板创新中心的试验线中脱颖而出。SmartSiC 是 Soitec 专有的 SmartCut 工艺对 SiC 的改编，通过将非常薄的高质量 SiC 层粘合到电阻率非常低的多晶硅晶片上来实现。Soitec 声称，与传统的块状 SiC 相比，SmartSiC 衬底将通过更高的供体晶圆可重复使用性、更高的产量和更小的芯片尺寸实现更高水平的性能和能源效率。

在担任 CEA-Leti 负责人大约四年后，Emmanuel Sabonnadière 于 2021 年加入 Soitec，担任 SiC 项目副总裁，以推动 SmartCut SiC 技术开发并占领新市场。让Sabonnadière 为我们解释了 Soitec 的战略执行如何支持向零排放移动性的过渡，以及其 SmartSiC 技术如何提高电力电子设备的性能并提高 EV 能源效率。

2021 年 7 月，欧盟委员会公布了一系列提案，旨在到 2030 年将温室气体净排放量比 1990 年的水平至少减少 55%。作为欧盟绿色协议的一部分，欧盟的“适合 55”一揽子计划要求作为到 2050 年实现气候中和计划的一部分，禁止销售新的化石燃料汽车。Soitec 如何看待欧洲绿色协议和适合 55 的政策包?

欧洲绿色协议对地球来说是一个非常好的消息，也是朝着 4 亿人的低碳出行迈出的巨大一步。在 Soitec，可持续发展是我们战略的基石，在我们的企业责任政策中阐明，并指导我们员工的每一项行动[当他们创造] 基板，以协调电子产品的性能和能源效率。没有严肃而切实的绿色目标，任何项目都不会启动。

Soitec 打算如何支持这项工作?

我们的产品是数百万人日常生活中不可或缺的一部分。它们对于采用 5G、电动和自动驾驶汽车以及嵌入连接对象的人工智能等创新技术至关重要。[这些技术是可能的] 只有在内部提高能源效率。

2020 年，我们对通过使用我们的三种产品(FD-SOI、RF-SOI 和 Photonics-SOI)与前几代产品或竞争产品相比避免的温室气体排放进行了研究。我们发现避免的排放总量为 1,030 ktCO 2 eq [千吨 CO 2当量]。节省的能源达 1,738 GWh，相当于一个拥有 100 万居民的城市每年的国内能源消耗量——比马赛或旧金山的人口还要多。

随着电池和电源管理技术的成熟以及电动汽车充电基础设施的扩展，电动汽车正在走向世界各地。这些进步包括新的无线充电框架，解决了人们对电动汽车性能，尤其是续航里程的持续担忧。您从汽车行业的客户那里听到了什么?

根据地球的目标，市场对电动汽车的采用正在急剧加速。更长的行驶里程能力和快速充电需求正在推动 800-V 电池系统 [作为 EV 动力总成的新标准] 的发展。SiC 是实现 800 V 高效性能的主要技术。电动汽车中的 SiC 于 2018 年由特斯拉以 400 V 电池发起，现在主要用于电动汽车动力总成的电力电子设备中。

车载电力电子设备的功率密度正在增加，导致电动汽车中优化、更紧凑的系统(牵引逆变器、车载充电器等)。此外，在电动汽车和工业应用中使用 SiC 可以实现电动机与嵌入式电力电子设备的紧密集成。

因此，客户要求在晶圆级进行创新，以便在设备和系统级为电动汽车和工业市场创造更多价值。

Soitec 如何帮助他们克服技术挑战并满足他们的优先事项?

为了应对因电动汽车的普及而对 SiC 衬底的旺盛需求，预计会有更多的高质量 SiC 衬底。SmartCut SiC 技术可从一个单晶 SiC 衬底实现 10 倍以上的高质量 SiC 衬底。这得益于我们的专利 SmartCut 技术，Soitec 使用了 30 年，现在专门用于 SiC。除了 10 倍的重复使用外，SmartCut SiC 技术的优势还在于表面质量高(颗粒水平降低)，这要归功于与先进缺陷计量相关的最终表面的特定工程工艺。这些改进降低了诱导的外延生长缺陷密度，使尺寸超过 20 mm2 的器件的良率提高了 10% 以上。

此外，得益于 SmartCut，PolySiC 处理晶圆上粘合了一层薄薄的单晶 SiC，其设计具有超高导电性。这些电气特性使 SmartSiC 适用于较低 RDS(on) 的器件。这些下一代设备是更优化和更具成本效益的系统的基石。

总而言之，SmartSiC 将有助于提高系统级的功率密度，并加速采用新一代 200 毫米 SiC 晶圆，这要归功于 10 倍的重复使用。

在最近的一次新闻发布会上，Soitec 时任首席执行官 Paul Boudre 表示：“没有 Soitec 技术就没有智能手机。没有 Soitec 技术就没有 4G 或 5G。我们将在汽车行业做同样的事情。到 2030 年，没有 Soitec 技术就没有电动汽车。” Soitec 计划如何在 2030 年之前实现如此雄心勃勃的目标?

Soitec 希望安装 SmartSiC 作为 150 和 200 毫米 SiC 晶圆的市场标准。从 2018 年在格勒诺布尔的 CEA-Leti 创新基板中心开始，SmartSiC 的早期研发进展说服了 Soitec 投资新的制造工厂。[该设施] 于 2022 年 3 月 31 日启动，[并将] 准备在 2023 年年中投入生产。凭借每年 50 万片晶圆的产能，Soitec 希望在 26 财年或 2025 年实现超过 20 亿美元的预期收入的高个位数百分比。

智能手机市场和汽车市场没有可比性。Boudre 所说的“我们将做完全相同的事情”是什么意思?

我们的战略是在我们所有的直接客户之外建立合作，[延伸] 沿着汽车供应链，包括设计公司、一级供应商和汽车 OEM。这使 Soitec 能够深入而全面地了解当前和未来的挑战。通过这一战略，我们正在设计和开发能够为整个价值链带来附加值的产品。

公司的路线图是什么?

SmartSiC的下一个关键里程碑将是引入新一代衬底，通过有望减少从 PVT [物理气相法] 获得的标准单晶晶片的缺陷动物学，从而进一步提高器件制造良率和可靠性。运输]过程。

碳化硅正在影响整个电动汽车行业，并将与另一种宽带隙材料氮化镓一起成为电子产品的核心。是什么让 Soitec 的 SmartSiC 工程基板对 EV 具有吸引力?

与其他功率半导体相比，SmartSiC 制造和使用的碳足迹非常轻。尽管 SiC 在功率器件方面具有许多不可否认的优势，因此与基于 IGBT 的解决方案相比，它被强烈推荐且对环境更有利，但通过传统的物理蒸汽传输技术生产晶锭是高度能源密集型的。这需要两个多星期，在通常 2,300°C 到 2,400°C 的温度下——远高于在 1,400°C 到 1,500°C 下生长的硅——最多可以获得 40 到 50 个晶圆。

Soitec 的专有 SmartSiC 由单晶 SiC 供体晶片的非常薄的层制成，该晶片被转移并粘合到由多晶 SiC 制成的高导电载体晶片上。这种载体采用更高效、能耗更低的化学气相沉积工艺制造。通过这种方法，在考虑电力电子设备生命周期(从原材料到最终组件使用)对环境的影响时，SmartSiC 确实发挥了重要作用。与同等产量的标准单晶 SiC 晶圆相比，SmartSiC 每生产 10 万片晶圆可节省 4,000 吨 CO 2 。

SmartSiC 技术可将 150-mm 基板向 200-mm 基板的过渡加速两到三年，同时减缓产量的增加并确保芯片生产的可用性。

通过与欧洲主要工业和研究与技术合作伙伴的合作，我们在 SmartSiC 基板上展示了结势垒肖特基 [JBS] 二极管，使用电阻率低于 5 mΩ 的载体基板。对这些器件的电气测量显示，与在参考标准 SiC 晶片上制备的 JBS 二极管相比，电流增加了 20%。这一重要优势将帮助电力电子设备的设计人员创建具有更高额定电流的产品，同时保留他们现有的设计和技术，或者他们可以将总芯片面积缩小 15% 以上。除了降低芯片成本外，后一种设计策略还可以减少 10% 的开关损耗，这要归功于栅极表面的减少。

客户的反馈也与模型一致，并证实了二极管和 MOSFET 的预期优势。

Soitec 最近扩大了与 KLA Corp 的合作伙伴关系。初步结果和未来预期是什么?

SiC 材料在大部分光谱中表现出非常低的吸收系数。为了克服与可见光和紫外光谱范围内的低 4H-SiC k 系数相关的技术障碍，基于 DUV 波长激光的检测系统——KLA 的 Surfscan SP A2——将用于检测表面缺陷。第一个实验数据显示 SmartSiC 基板上的检测能力低于 0.3 µm。详细数据将在 ICSCRM 2022 [碳化硅及相关材料国际会议，9 月 11 日至 16 日在瑞士达沃斯举行]期间公布。

KLA 的 Surfscan SP A2 利用 DUV 光学和高级算法来支持基板质量控制。这种合作伙伴关系将使 SiC 衬底生产达到新的甚至更复杂的水平，支持行业努力将高质量的 SiC 半导体大批量带入汽车市场。