Рынок полупроводников из карбида кремнияопределение/обзор

Полупроводники из карбида кремния (SiC) — это электронные устройства, в которых в качестве полупроводникового материала используется карбид кремния. Полупроводники SiC используются в различных приложениях, особенно в силовой электронике, из-за их отличительных особенностей и преимуществ по сравнению со стандартными полупроводниками на основе кремния.

Карбид кремния (SiC), сложный полупроводник, состоящий из кремния (Si ) и углерод (C) относятся к классу материалов с широкой запрещенной зоной (WBG). Прочная физическая связь придает полупроводнику превосходную механическую, химическую и термическую стабильность. Карбид кремниевые устройства с их широкой запрещенной зоной и улучшенной термической стойкостью могут работать при температурах перехода выше, чем у кремния, даже выше 200°C.

Фундаментальным преимуществом карбида кремния в силовых приложениях является его низкое сопротивление в области дрейфа, что критично для высоковольтных силовых устройств. Полупроводники на основе карбида кремния обладают более высокой теплопроводностью, повышенной подвижностью электронов и меньшими потерями мощности. Диоды и транзисторы SiC могут работать при высоких частотах и температурах, сохраняя при этом надежность.

Полупроводники SiC обладают огромным потенциалом для революции в силовой электронике и содействия более устойчивому будущему. Постоянное совершенствование материаловедения, методов интеграции и растущее внимание к энергоэффективности проложат путь к тому, чтобы карбид кремния стал основополагающим компонентом будущих технологий.

< /span>

Как растущее внедрение карбида кремния в электронике, автомобилестроении и возобновляемых источниках энергии ускоряет рост рынка полупроводников карбида кремния?

Растущее внедрение Использование полупроводников из карбида кремния в электронике, автомобилестроении и возобновляемых источниках энергии объясняется их эффективной выдержкой высоких температур и напряжений. Полупроводники из карбида кремния лучше работают в приложениях с высокой мощностью. Широкая запрещенная зона и низкая собственная концентрация носителей заряда SiC позволяют ему проявлять полупроводниковое поведение при значительно более высоких температурах, чем кремний. Следовательно, полупроводниковые устройства из карбида кремния могут эффективно функционировать при гораздо более высоких температурах по сравнению с аналогами на основе кремния.

Возможность интегрировать неохлаждаемую высокотемпературную полупроводниковую электронику непосредственно в горячие среды дает значительные преимущества для таких отраслей, как автомобильная и аэрокосмическая. и бурение глубоких скважин. Высокое поле пробоя и теплопроводность карбида кремния в сочетании с его способностью работать при высоких температурах перехода теоретически позволяют устройствам на основе карбида кремния достигать чрезвычайно высоких плотностей мощности и эффективности.

Твердотельные переключатели высокой мощности на основе карбида кремния имеют потенциал. существенно повысить эффективность управления и контроля электроэнергии. Использование SiC-электроники может позволить государственной энергосистеме удовлетворить растущий потребительский спрос на электроэнергию без необходимости строительства дополнительных генерирующих станций. Кроме того, это может улучшить качество электроэнергии и эксплуатационную надежность за счет внедрения «умных» систем управления питанием.

SiC повышает эксплуатационную надежность, снижает затраты на техническое обслуживание и повышает топливную экономичность, что способствует росту авиационного рынка SiC. и электронная промышленность. Работа высокотемпературных и мощных SiC-устройств без охлаждения потенциально может обеспечить прорыв в авиационных системах. Реактивные самолеты значительно экономят вес за счет замены гидравлических органов управления и вспомогательных силовых агрегатов распределенными интеллектуальными электромеханическими органами управления, способными выдерживать суровые условия окружающей среды. Это изменение может привести к снижению требований к техническому обслуживанию, уменьшению выбросов, повышению топливной эффективности и повышению эксплуатационной надежности.

Кроме того, правительственные законы, направленные на сокращение выбросов парниковых газов и экологические проблемы, способствуют глобальному переходу на электромобили. . Спрос на полупроводники SiC обусловлен потребностью индустрии электромобилей (EV) в более быстрой зарядке, увеличенном запасе хода и превосходных общих характеристиках, и все это стало возможным благодаря силовой электронике на основе SiC. Чтобы стимулировать использование электромобилей, возобновляемых источников энергии и энергоэффективных технологий, правительства и регулирующие организации по всему миру предоставляют стимулы и субсидии. Эта деятельность снижает входные барьеры и повышает спрос, что создает атмосферу, способствующую расширению полупроводниковой промышленности SiC.

Как высокая стоимость SiC препятствует росту рынка полупроводников из карбида кремния?< /h3>

Полупроводники SiC зачастую дороже своих собратьев на основе кремния. Эти первоначальные затраты могут отпугнуть некоторых пользователей, особенно тех, кто работает в чувствительных к затратам компаниях, поскольку системы на основе SiC требуют дорогостоящих компонентов, таких как модули питания и устройства. Карбидно-кремниевые пластины и устройства имеют меньшую производственную мощность, чем альтернативы на основе кремния. Возросший спрос на полупроводники SiC в разных отраслях может вызвать перебои в поставках, что приведет к увеличению времени выполнения заказов и, возможно, к задержкам в разработке и внедрении продукции. Производство SiC-подложек и устройств — более сложный и ресурсоемкий процесс, чем производство полупроводников на основе кремния. Эта сложность может повысить производственные затраты, вызывая проблемы с обеспечением стабильного качества продукции, особенно при крупномасштабном производстве.

Интеграция компонентов на основе SiC в существующие системы и инфраструктуру, особенно в отраслях, где доминируют кремниевые технологии, может привести к проблемам совместимости. Часто требуются дополнительные инженерные работы и финансирование для устранения особых электрических и тепловых свойств полупроводников SiC, что может замедлить темпы внедрения. Мировая индустрия полупроводников SiC характеризуется существованием нескольких производителей и поставщиков, что приводит к фрагментации рынка и жесткой конкуренции. Эта конкурентная среда может оказать давление на цены и размер прибыли, особенно для компаний, у которых нет сильных технологических преимуществ или отличительных особенностей.

Производители полупроводников SiC могут столкнуться с трудностями при соблюдении отраслевых стандартов и нормативных ограничений, особенно в области безопасности. критически важные приложения, такие как автомобилестроение и авиация. Соблюдение обременительных критериев сертификации может привести к увеличению затрат и времени выполнения заказов, что снизит рыночную конкурентоспособность систем на основе SiC. Несмотря на то, что они превосходят конкурентов на основе кремния во многих аспектах, потенциальные покупатели по-прежнему обеспокоены сроком службы и долгосрочной надежностью полупроводников SiC. Достижение широкого распространения требует развития доверия к надежности и долговечности устройств SiC посредством строгих процедур тестирования и проверки.

Категорийная хватка

Как E- мобильность, разнообразные промышленные применения стимулируют сегмент силовых модулей SiC в производстве полупроводников из карбида кремния?

Сегмент силовых модулей SiC доминирует на рынке полупроводников из карбида кремния благодаря разнообразным применениям в энергетике, электронной мобильности и промышленные отрасли. Эти модули функционируют как эффективные переключатели преобразования энергии, повышая энергоэффективность и снижая эксплуатационные расходы. Кроме того, сочетание силовых модулей из карбида кремния с диодами с барьером Шоттки и полевыми транзисторами металл-оксид-полупроводник (MOSFET) приводит к значительному снижению потерь при переключении по сравнению с альтернативами на основе кремния. Это преимущество, вероятно, будет способствовать значительному росту рынка в течение прогнозируемого периода.

Растущая популярность силовых модулей из карбида кремния также подталкивает предприятия к выпуску новых продуктов, ускоряя рост категории. Например, компания ON SEMICONDUCTOR CORPORATION (ON Semi) разработала серию силовых модулей APM32, предназначенную для преобразования постоянного тока высокого напряжения в электромобилях, что свидетельствует о тенденции этого сегмента к инновациям и расширению. Кроме того, силовые модули SiC повышают эффективность преобразования и позволяют значительно снизить потери при переключении по сравнению с Si-IGBT и SI-FRD.

Модули SiC упрощают управление температурным режимом, позволяя использовать меньшие по размеру и менее дорогие радиаторы. или системы охлаждения. Они даже могут заменить водяное или принудительное воздушное охлаждение естественными методами охлаждения. Повышенная частота переключения модулей SiC позволяет уменьшить размеры пассивных компонентов, таких как катушки индуктивности и конденсаторы. Более того, модули SiC, использующие устройства с основной несущей, демонстрируют минимальные изменения потерь переключения при изменении температуры. Хотя пороговое напряжение снижается при более высоких температурах, силовые модули SiC имеют тенденцию иметь более низкий Eon и немного более высокий Eoff при повышении рабочей температуры.

Кроме того, модули SiC могут заменить модули IGBT с более высокими номинальными токами, поскольку они обеспечивают пренебрежимо малые потери при переключении и поддерживают высокие скорости переключения при работе с большими токами. Однако важно отметить, что импульсное напряжение (V=-L×dI/dt), возникающее из-за индуктивности проводов в модуле или на его периферии, может превышать номинальное напряжение, что требует тщательного рассмотрения при проектировании и реализации.

Как снижение затрат на производство способствует росту сегмента 1-дюймовых и 4-дюймовых полупроводников на рынке карбид-кремниевых полупроводников?

Сегмент 1-дюймовых и 4-дюймовых полупроводников значительно доминирует на рынке кремния. Рынок карбидных полупроводников благодаря инструменту, способствующему сокращению производства устройств. Благодаря использованию химического осаждения из паровой фазы (CVD) эпиграфические пластины SiC имеют меньше поверхностных дефектов, что приводит к увеличению выхода продукции. В этот диапазон размеров входят пластины N-типа и P-типа толщиной 350 ± 25 микрометров.

Подложки карбида кремния с подложками P-типа предпочтительны для производства силовых устройств, таких как биполярные транзисторы с изолированным затвором. . Напротив, подложки N-типа обрабатываются азотом для улучшения проводимости в силовых устройствах. Эти версии обеспечивают не только превосходные механические свойства, но и совместимость с текущими процессами производства устройств.

Кроме того, возможность массового производства пластин карбида кремния размером от 1 до 4 дюймов делает их доступными, а промышленное применение стимулирует спрос. Их способность уменьшать размер оборудования повышает их привлекательность, что дает возможность более широкого использования в течение прогнозируемого периода.

Как растущее внедрение промышленного производства пластин из карбида кремния способствует росту 10-дюймового сегмента в рынок полупроводников из карбида кремния?

Ожидается, что в течение прогнозируемого периода 10-дюймовый сегмент будет самым быстрорастущим сегментом благодаря появлению промышленного производства пластин карбида кремния. Эти пластины упрощают производство устройств из нитрида галлия (GaN), таких как источники питания и светодиоды.

Кроме того, использование покрытия из карбида кремния замедляет диффузию кремния в GaN, ценой всего от 25,0 до 35,0 долларов США за кремниевую пластину. Ожидается, что по сравнению с обычным кремнием пластины карбида кремния обеспечат большую экономическую эффективность и энергоэффективность, что будет способствовать росту сегмента в течение прогнозируемого периода.

< strong>Получить доступ к методологии отчета о рынке карбида кремния и полупроводников

Проницательность по странам/регионам

Как растущие инвестиции в производственную деятельность способствуют росту рынка полупроводников из карбида кремния в Азиатско-Тихоокеанском регионе?

Азиатско-Тихоокеанский регион существенно доминирует на рынке полупроводников карбида кремния и, как ожидается, продолжит свой рост в течение прогнозируемого периода благодаря присутствию крупных игроков отрасли в регионе. Кроме того, растущие инвестиции в разработки и производственную деятельность в Азиатско-Тихоокеанском регионе являются важными драйверами роста рынка. Быстрое развитие автомобильной промышленности во всем регионе способствует росту производства полупроводников из карбида кремния в регионе. По данным Индии, она намерена удвоить размер своей автомобильной промышленности до рупий. 15 лакх крор к концу 2024 года. С апреля 2000 года по сентябрь 2022 года отрасль привлекла приток ПИИ на общую сумму 33,77 миллиарда долларов, что составляет примерно 5,48% от общего притока ПИИ в Индию за тот же период.

Совокупный капитал Приток ПИИ в автомобильный сектор достиг 35,40 миллиардов долларов США в период с апреля 2000 года по сентябрь 2023 года. Индия готова стать крупнейшим рынком электромобилей к 2030 году, а предполагаемые инвестиционные возможности превысят 200 миллиардов долларов США в течение следующих 8-10 лет. Этот значительный инвестиционный потенциал подчеркивает стремление страны способствовать росту и развитию сектора электромобилей. Кроме того, автомобильная промышленность Китая значительно выросла, и страна теперь является крупным игроком на мировом автомобильном рынке. Правительство Китая признает стратегическую важность автомобильного сектора, особенно производства автозапчастей, и считает его одной из основных отраслей страны. Эта точка зрения подчеркивает приверженность правительства содействию развитию и росту автомобильной промышленности Китая.

Кроме того, регион является важным центром электроники, ежегодно производящим миллионы электронных товаров как для международного экспорта, так и для внутреннего потребления. Этот большой объем производства электронных компонентов и устройств имеет решающее значение для увеличения рыночной доли исследуемого рынка в регионе. Например, по данным Китая, в 2023 году производство мобильных телефонов в Китае с января по сентябрь достигло 1,09 миллиарда единиц, что на 0,8 процента больше, чем в прошлом году. В частности, только в сентябре объем производства мобильных телефонов в Китае вырос на 11,8 процента по сравнению с предыдущим годом. Кроме того, растущий спрос на полупроводники SiC с более высокой эффективностью, меньшими размерами и меньшим весом со стороны различных производителей конечного использования в Азиатско-Тихоокеанском регионе стимулирует расширение рынка.

Как проявляется присутствие крупных игроков в регионе? Способствует ли рост рынка полупроводников карбида кремния в Северной Америке в течение прогнозируемого периода?

Ожидается, что Северная Америка станет самым быстрорастущим регионом в течение прогнозируемого периода на рынке полупроводников карбида кремния. Ключевые игроки, такие как Gene Sic Semiconductor и ON SEMICONDUCTOR CORPORATION (ON Semi), имеют значительное присутствие и концентрацию. Эти предприятия имеют большую клиентскую базу, которая является ключевым фактором расширения рынка в регионе. Кроме того, концентрация крупных игроков в Северной Америке способствует внедрению новых полупроводниковых приборов SiC производителями силовой электроники. Эти устройства обеспечивают повышенную эффективность, что приводит к переходу к их использованию в различных приложениях.

Кроме того, ключевые региональные компании активно изучают стратегические усилия по стимулированию роста на рынке Северной Америки. Эта деятельность может включать инвестиции в НИОКР, стратегическое сотрудничество или наращивание мощностей, и все это для ускорения инноваций и проникновения на рынок. В результате ожидается появление Северной Америки, поскольку в ближайшие годы рынок полупроводников SiC будет значительно расширяться.

Конкурентная среда

На рынке полупроводников карбида кремния, вероятно, произойдет значительное расширение. продолжающийся рост и консолидация. Ожидается, что признанные игроки сохранят свое доминирование, в то время как могут появиться новые игроки с прорывными технологиями. Сотрудничество и стратегическое партнерство будут играть ключевую роль в ускорении прогресса и расширении рынка. Поскольку стоимость SiC снижается, а его преимущества в производительности становятся более очевидными, он, вероятно, станет повсеместным компонентом силовой электроники следующего поколения, определяя будущее различных отраслей.

Организации сосредоточены на инновациях своей линейки продуктов, чтобы обслуживать огромное население в различных регионах. Некоторые из известных игроков, работающих на рынке полупроводников из карбида кремния, включают

• Wolfspeed
• Infineon Technologies
• ROHM Semiconductor
• ON Semiconductor
• STMicroelectronics
• Mitsubishi Electric
• GeneSiC Semiconductor
• TT Electronics
• Vishay Intertechnology

Последние разработки в области карбида кремния и полупроводников

• В августе 2021 года ON Semiconductor Corporation (на полупроводниках) объявила о сделке по приобретению GT Advance Technologies Inc. ., известного производителя SiC и сапфировых материалов. Ожидается, что это стратегическое решение укрепит возможности ON Semi по поставкам SiC, что позволит компании удовлетворить растущий потребительский спрос на продукты на основе SiC.
• Toshiba Electronic Components and Storage Co., Ltd. объявила о выделении 100 миллиардов иен (( 839 миллионов долларов США) в марте 2022 года для увеличения мощностей по производству силовых компонентов.

Объем отчета

Рынок полупроводников карбида кремния по категориям

Тип продукта< /h3>

• SiC Power Devices
• SiC Power Modules
• SiC Power Discrete Devices
• SiC Bare Die Devices

Применение

• Автомобилестроение
• Аэрокосмическая промышленность
• Аэрокосмическая и оборонная промышленность
• Бытовая электроника
< li>Промышленная
• Силовая электроника

Размер пластины

• от 1 до 4 дюймов
• 6 дюймов
• 8 дюймов
• 10 дюймов выше

Регион

• Северная Америка
• Европа
• Азиатско-Тихоокеанский регион
• Южная Америка
• Ближний Восток и amp; Африка

Методология исследования рынка

Чтобы узнать больше о методологии исследования и других аспектах исследования, пожалуйста, зайдите ознакомьтесь с нашим .

Причины приобретения этого отчета

Качественный и количественный анализ рынка на основе сегментации i