Coherent chiude un investimento di $1 miliardo in substrati di carburo di silicio

Coherent ha annunciato che le società giapponesi DENSO e Mitsubishi Electric investiranno congiuntamente $1 miliardo nel settore dei substrati SiC, creando una filiale che offrirà substrati SiC da 150 mm e 200 mm e wafer epitassiali.

Il SiC è un materiale interessante per i semiconduttori di potenza, in quanto può ridurre la perdita di potenza pur operando a temperature più elevate rispetto al silicio. Inoltre, il fattore di forma ridotto e il peso inferiore del SiC riducono notevolmente le dimensioni e il peso dei dispositivi.

Alta temperatura

Il carburo di silicio (SiC) è un materiale prezioso per l'elettronica che opera a temperature o tensioni elevate, in quanto la sua elevata conducibilità termica e la resistenza alla conduzione elettrica consentono ai dispositivi a semiconduttore di potenza con componenti in SiC di ridurre significativamente la perdita di energia e il tempo di accensione rispetto alla tecnologia basata sul silicio. Inoltre, può funzionare a frequenze di commutazione più elevate rispetto al silicio grazie alla minore resistenza alla conduzione elettrica; inoltre, la sua struttura molto robusta consente di raggiungere frequenze di commutazione più elevate rispetto alla sola tecnologia al silicio. Purtroppo la sua bassa densità e il suo costo ne hanno impedito la commercializzazione su larga scala; sebbene alcune piccole fonti naturali siano state estratte, come i gioielli di moissanite, la maggior parte del SiC utilizzato nei dispositivi elettronici è prodotto sinteticamente dagli impianti di produzione elettronica piuttosto che da fonti naturali, come i gioielli di moissanite estratti naturalmente da fonti naturali; la maggior parte dei produttori di dispositivi elettronici produce invece carburo di silicio utilizzando precursori sintetici.

Per affrontare queste sfide, i ricercatori hanno studiato le proprietà ottiche e magnetiche dei difetti di spin legati alle vacanze nel SiC, scoprendo che alcuni di essi possono essere controllati in modo coerente anche a temperatura ambiente; ciò rappresenta un'importante pietra miliare, dal momento che altri sistemi di difetti noti nel SiC hanno tempi di coerenza estremamente brevi; questo lavoro apre una serie di applicazioni per i difetti di spin nel SiC, come ad esempio i compiti di informazione quantistica.

I ricercatori hanno studiato le proprietà ottiche e magneto-ottiche dei difetti PL8 generati attraverso l'impianto di ioni di idrogeno con successiva post-ricottura ad alte temperature. I segnali di fluorescenza e di risonanza magnetica rilevata otticamente (ODMR) sono stati osservati sia a basse che ad alte temperature; a temperature più basse i segnali ODMR per questi difetti hanno mostrato un adattamento di Lorentz con una dipendenza polinomiale di quinto ordine dalla temperatura, mentre i segnali a temperature più elevate hanno mostrato un taglio netto con un'intensità di diffusione a campo zero.

I ricercatori hanno quindi utilizzato sequenze di impulsi Ramsey per misurare con precisione il tempo di decadimento dell'induzione libera (T2ast) di questi spin difettosi PL8, dimostrando che il loro decadimento dell'induzione libera dipende dalla potenza, una caratteristica essenziale per i sistemi di spin coerenti.

Questa ricerca, pubblicata su Nature Nanotechnology, è stata resa possibile grazie a un investimento di $1 miliardo da parte delle aziende giapponesi DENSO e Mitsubishi Electric nell'attività SiC di Coherent, per la quale riceveranno una partecipazione non di controllo del 12,5% e accordi di fornitura a lungo termine per soddisfare la domanda di substrati e wafer epitassiali da 150 mm e 200 mm; la data di chiusura è prevista per l'inizio del 2024.

Alta frequenza

Il carburo di silicio (SiC) è uno straordinario materiale semiconduttore con notevoli proprietà termiche, ottiche e meccaniche che lo rendono adatto all'uso nell'elettronica ad alta potenza, nei sensori micromeccanici, nei telescopi astronomici e in molte altre applicazioni. I dispositivi in SiC tendono a offrire perdite di commutazione inferiori rispetto ai chip in silicio (SI), pur funzionando a temperature più elevate per ridurre le perdite di potenza e aumentare l'efficienza.

Il carburo di silicio non solo vanta un'eccezionale resistenza alla temperatura, ma è anche altamente conduttivo: più di 10 volte più conduttivo del silicio puro. Grazie a questa proprietà, la capacità del carburo di silicio di condurre la corrente ad alta velocità consente di ottenere basse perdite di commutazione e un funzionamento rapido per migliorare l'efficienza e ridurre i costi energetici. Inoltre, la capacità del carburo di silicio di tollerare tensioni elevate senza danneggiare i dispositivi lo rende adatto ad applicazioni ad alta velocità come motori e azionamenti.

In passato, il SiC era limitato nelle applicazioni ad alta frequenza a causa delle sue elevate perdite di commutazione e della generazione di calore; tuttavia, questo problema è stato recentemente risolto grazie a una tecnica di drogaggio con droganti a base di nitruri che ha ridotto le perdite di commutazione e migliorato le prestazioni alle alte frequenze. Grazie a questo approccio è stato possibile produrre transistor ad alta velocità e diodi ad alta tensione con tensioni di rottura maggiori e operazioni più veloci rispetto alle tecnologie esistenti.

Il drogaggio a base di nitruri consiste nel mescolare il silicio con l'azoto in fase di produzione, per formare dei vuoti di carbonio che conferiscono al carburo di silicio le sue eccezionali caratteristiche di qualità in frequenza, consentendogli di gestire grandi correnti elettriche ad alta frequenza, ideali per motori e azionamenti, nonché per sistemi di telecomunicazione e radar.

I ricercatori hanno studiato le proprietà e le strutture dei difetti del carburo di silicio, ma poco si sa del suo comportamento di spin ad alta temperatura. Dopo aver studiato il comportamento degli spin a questa temperatura, i ricercatori hanno scoperto che la scissione a campo zero degli spin dei difetti del SiC dipende dalla temperatura; la loro coerenza di spin diminuisce con l'aumentare della temperatura - un'osservazione che potrebbe aprire la strada a nuove applicazioni di elettronica di spin ad alta temperatura.

Coherent Corp di Saxonburg, Pennsylvania, si è recentemente assicurata un investimento di $1 miliardo da parte di due fornitori giapponesi del mercato dei veicoli elettrici, DENSO Corp e Mitsubishi Electric Corporation di Kariya, nella prefettura di Aichi. Entrambi gli investitori detengono quote di 12,5% nella nuova filiale di Coherent e accordi di fornitura a lungo termine che ne favoriranno la crescita.

Alta tensione

Il carburo di silicio (SiC) è un composto chimico estremamente robusto, composto da atomi di silicio e carbonio legati tra loro da legami covalenti, simili a quelli presenti nei diamanti, con forti interazioni covalenti simili a quelle dei diamanti. Il SiC presenta una struttura cristallina esagonale e proprietà di semiconduttore ad ampio band gap. Inoltre, l'energia del band gap del SiC è quasi tre volte superiore a quella del silicio, il che significa che l'elettricità può fluire senza subire grandi perdite durante la trasmissione, rendendo il SiC ideale per le applicazioni ad alta tensione come le fonti di alimentazione dei veicoli elettrici.

Il SiC è anche molto più resistente di altri semiconduttori, consentendo ai componenti di resistere a temperature più elevate senza dover ricorrere a sistemi di raffreddamento per continuare a funzionare in modo efficiente. Ciò consente ai veicoli elettrici di ottenere una migliore efficienza del carburante e una maggiore autonomia. Inoltre, l'utilizzo di chip semiconduttori realizzati in SiC significa che l'elettronica di potenza di questi veicoli è in grado di sopportare frequenze di commutazione e temperature più elevate rispetto a quella realizzata interamente in silicio (Si).

Coherent, che offre apparecchiature laser e wafer per semiconduttori, ha già assistito a un'impennata della domanda dei suoi prodotti SiC. Le loro vendite sono aumentate del 50% nel primo trimestre del 2024 grazie a nuovi ordini da parte di aziende che progettano veicoli elettrici (EV) ad alte prestazioni.

L'investimento consentirà all'azienda di espandere la propria capacità produttiva, migliorando i processi di produzione e sviluppando nuove tecnologie. Oltre alla produzione di wafer di SiC, l'azienda intende produrre amplificatori di potenza RF GaN-on-SiC e altri dispositivi RF e a microonde, senza dimenticare le cavità dei risonatori che amplificheranno la potenza di uscita di questi dispositivi.

L'investimento di Denso e Mitsubishi Electric dovrebbe portare il valore dell'attività SiC di Coherent oltre i $1 miliardi. Ciascuna azienda giapponese otterrà quote non di controllo del 12,5% nella nuova filiale di Coherent, diretta da Sohail Khan, vicepresidente esecutivo per la tecnologia elettronica a banda larga di Coherent. Inoltre, queste parti firmeranno accordi di fornitura a lungo termine con questa filiale prima della sua chiusura entro il primo trimestre del 2024.

Leggero

Coherent, produttore statunitense di apparecchiature ad alta tecnologia, ha annunciato oggi di aver ricevuto un investimento di $1 miliardo da due fornitori giapponesi di auto elettriche per creare la sua attività di semiconduttori al carburo di silicio (SiC). Denso Corp e Mitsubishi Electric hanno investito $500 milioni ciascuno, come annunciato da Coherent il 10 ottobre; in cambio delle loro partecipazioni hanno stipulato accordi di fornitura a lungo termine con Coherent.

Il SiC, abbreviazione di silicio-carbonio, è un composto chimico duro con una struttura cristallina simile a quella del diamante. Sebbene sia presente in natura come minerale di moissanite, dal 1893 la produzione di massa vede il SiC sotto forma di polvere o cristallo, utilizzato in applicazioni di ceramica dura come freni per automobili, frizioni e piastre per giubbotti antiproiettile. Grandi cristalli singoli possono anche essere coltivati e tagliati in gemme note come gemme sintetiche di moissanite o macinati in materiali industriali come l'allumina e il carburo di tungsteno per usi produttivi.

L'attività SiC di Coherent ha un'esperienza consolidata nella fornitura di wafer per dispositivi elettronici di potenza. La conducibilità termica leader di mercato del SiC consente ai moduli di potenza di dissipare il calore in modo più efficace, contribuendo a ridurre le perdite di potenza e ad aumentare le prestazioni, mentre le sue proprietà elettriche superiori offrono un vantaggio rispetto al silicio.

Il carburo di silicio si distingue per le sue proprietà termiche e il suo basso coefficiente di espansione, che lo rendono adatto all'uso in applicazioni ad alta tensione. Inoltre, la sua durata è impressionante, con un eccezionale rapporto forza-peso e caratteristiche di facile lavorabilità che lo rendono interessante per l'uso in utensili di precisione.

La nuova filiale coinvolgerà i clienti in ogni fase della creazione dei loro dispositivi, dalla produzione di substrati di SiC e wafer epitassiali alla progettazione dei componenti che costituiscono i dispositivi e i moduli finiti. Khan afferma che l'obiettivo dell'azienda è capire i clienti e creare soluzioni su misura per soddisfare le loro esigenze e ritiene che la nuova filiale possa conquistare una quota sostanziale di questo mercato in crescita.