Coherent sluit $1 miljard investering in siliciumcarbidesubstraten af

Coherent heeft aangekondigd dat het Japanse DENSO en Mitsubishi Electric gezamenlijk $1 miljard zullen investeren in haar SiC-substraatactiviteiten, waarbij een dochteronderneming wordt opgericht die 150 mm en 200 mm SiC-substraten en epitaxiale wafers gaat aanbieden.

SiC is een aantrekkelijk materiaal voor vermogenshalfgeleiders omdat het vermogensverlies kan verminderen terwijl het bij hogere temperaturen werkt dan silicium. Bovendien zorgen de kleine vormfactor en het lagere gewicht van SiC voor een aanzienlijke vermindering van de afmetingen en het gewicht van het apparaat.

voor hoge temperaturen

Siliciumcarbide (SiC) is een materiaal van onschatbare waarde voor elektronica die werkt bij hoge temperaturen of spanningen. Dankzij de hoge thermische geleidbaarheid en elektrische geleidingsweerstand kunnen vermogenshalfgeleiderapparaten met SiC-componenten het energieverlies en de inschakeltijd aanzienlijk verlagen in vergelijking met technologie op basis van silicium. Bovendien kan het werken bij hogere schakelfrequenties dan silicium vanwege de lagere elektrische geleidingsweerstand; bovendien betekent de zeer sterke constructie dat hogere schakelfrequenties kunnen worden bereikt dan met siliciumtechnologie alleen. Helaas hebben de lage dichtheid en de kosten een wijdverspreide commercialisering verhinderd; hoewel sommige kleine natuurlijke bronnen zoals moissanietjuwelen worden gedolven, wordt het meeste SiC dat in elektronische apparaten wordt gebruikt synthetisch geproduceerd door elektronicafabrieken in plaats van natuurlijke bronnen zoals moissanietjuwelen die uit natuurlijke bronnen worden gedolven; de meeste fabrikanten van elektronische apparaten produceren siliciumcarbide met behulp van synthetische precursoren.

Onderzoekers hebben de optische en magnetische eigenschappen van vacature-gerelateerde spindefecten in SiC bestudeerd om deze uitdagingen aan te gaan en ontdekten dat bepaalde zelfs bij kamertemperatuur coherent kunnen worden gecontroleerd; dit is een belangrijke mijlpaal, aangezien andere bekende defectsystemen in SiC extreem korte coherentietijden hebben; dit werk opent een hele reeks toepassingen voor spindefecten in SiC, zoals quantuminformatietaken.

Onderzoekers onderzochten de optische en magneto-optische eigenschappen van PL8-defecten gegenereerd door waterstofion-implantatie met daaropvolgend nabloeien bij hoge temperaturen. Fluorescentie en optisch gedetecteerde magnetische resonantiesignalen (ODMR) werden waargenomen bij zowel lage als hoge temperaturen; bij lagere temperaturen vertoonden de ODMR-signalen voor deze defecten een Lorentz fit met een polynomiale temperatuurafhankelijkheid van de vijfde orde, terwijl de signalen bij hogere temperaturen een duidelijke cut-off vertoonden met een verstrooiingssterkte zonder veld.

Onderzoekers gebruikten vervolgens Ramsey pulssequenties om nauwkeurig de vrije inductie vervaltijd (T2ast) van deze PL8 defecte spins te meten, waaruit bleek dat hun vrije inductie verval afhankelijk is van vermogen - een essentieel kenmerk voor coherente spinsystemen.

Dit onderzoek is gepubliceerd in Nature Nanotechnology en is mogelijk gemaakt dankzij een investering van $1 miljard door de Japanse bedrijven DENSO en Mitsubishi Electric in Coherent's SiC-activiteiten, waarvoor ze een minderheidsbelang van 12,5% krijgen, evenals langlopende leveringsovereenkomsten om te voldoen aan de vraag naar 150mm en 200mm substraten en epitaxiale wafers; de afrondingsdatum wordt begin 2024 verwacht.

Hoogfrequent

Siliciumcarbide (SiC) is een buitengewoon halfgeleidermateriaal met opmerkelijke thermische, optische en mechanische eigenschappen dat het geschikt maakt voor gebruik in elektronica met hoog vermogen, micromechanische sensoren, astronomische telescopen en vele andere toepassingen. SiC-apparaten bieden doorgaans lagere schakelverliezen dan silicium (SI) chips, terwijl ze bij hogere temperaturen werken voor minder vermogensverlies en een hogere efficiëntie.

Siliciumcarbide heeft niet alleen een uitzonderlijke temperatuurbestendigheid, maar het is ook zeer geleidend; meer dan 10 keer zo geleidend als zuiver silicium. Door deze eigenschap kan siliciumcarbide bij hoge snelheden stroom geleiden, waardoor het lage schakelverliezen en een snelle werking kan bereiken voor een betere efficiëntie en lagere energiekosten. Bovendien kan siliciumcarbide hoge spanningen verdragen zonder apparaten te beschadigen, waardoor het geschikt is voor hogesnelheidstoepassingen zoals motoren en aandrijvingen.

SiC was voorheen beperkt in hoogfrequent toepassingen vanwege de hoge schakelverliezen en warmteontwikkeling, maar dit probleem is onlangs opgelost met behulp van een doperingtechniek waarbij nitriden als doteringsmateriaal worden gebruikt die deze schakelverliezen vermindert en de prestaties bij hoge frequenties verbetert. Door deze benadering toe te passen werd het mogelijk om hogesnelheidstransistors en hoogspanningsdiodes te produceren met grotere doorslagspanningen en snellere werking dan bestaande technologieën.

Doping op basis van nitriden houdt in dat silicium tijdens het productieproces wordt gemengd met stikstof om zo koolstofvacatures te vormen die siliciumcarbide zijn uitzonderlijke eigenschappen op het gebied van frequentiekwaliteit geven, waardoor het grote elektrische stromen bij hoge frequenties kan verwerken - ideaal voor motoren en aandrijvingen, maar ook voor telecom- en radarsystemen.

Onderzoekers hebben de eigenschappen en defectstructuren van siliciumcarbide onderzocht, maar er is weinig bekend over het spingedrag bij hoge temperatuur. Na bestudering van het spingedrag bij deze temperatuur hebben onderzoekers ontdekt dat de nulveldsplitsing van SiC-defectspins afhankelijk is van de temperatuur; hun spincoherentie neemt af bij toenemende temperatuur - een waarneming die de weg zou kunnen vrijmaken voor nieuwe toepassingen voor spinelektronica bij hoge temperatuur.

Coherent Corp uit Saxonburg, Pennsylvania heeft onlangs een investering van $1 miljard binnengehaald van twee Japanse aanbieders van elektrische voertuigen DENSO Corp en Mitsubishi Electric Corporation uit Kariya in de prefectuur Aichi. Beide investeerders hebben een belang van 12,5% in de nieuw opgerichte dochteronderneming van Coherent en langlopende leveringsovereenkomsten die de groei zullen bevorderen.

Hoogspanning

Siliciumcarbide (SiC) is een extreem robuuste chemische verbinding die bestaat uit silicium- en koolstofatomen die via covalente bindingen aan elkaar gebonden zijn, vergelijkbaar met diamanten, met sterke covalente interacties vergelijkbaar met diamanten. SiC heeft een hexagonale kristalstructuur en een brede bandkloof als halfgeleider. Bovendien is de energie van de bandkloof van SiC bijna drie keer zo groot als die van silicium, wat betekent dat elektriciteit kan stromen zonder veel verlies tijdens de transmissie; hierdoor is SiC ideaal voor hoogspanningstoepassingen, zoals stroombronnen voor elektrische voertuigen.

SiC is ook veel duurzamer dan andere halfgeleiders, waardoor componenten bestand zijn tegen hogere temperaturen zonder dat er koelsystemen nodig zijn om efficiënt te blijven werken. Hierdoor kunnen elektrische voertuigen een betere brandstofefficiëntie en een groter rijbereik bereiken. Bovendien betekent het gebruik van in SiC geproduceerde halfgeleiderchips dat de vermogenselektronica in deze voertuigen is uitgerust met vermogenselektronica die bestand is tegen hogere schakelfrequenties en temperaturen dan die van silicium (Si).

Coherent, dat laserapparatuur en halfgeleiderwafers levert, heeft de vraag naar haar SiC-producten al zien toenemen. Hun verkoop steeg met 50 procent in het eerste kwartaal van 2024 dankzij nieuwe bestellingen van bedrijven die krachtige elektrische voertuigen (EV) plannen.

Dankzij deze investering kan het bedrijf zijn productiecapaciteit uitbreiden, de productieprocessen verbeteren en nieuwe technologieën ontwikkelen. Naast de productie van SiC-wafers is het bedrijf van plan GaN-op-SiC RF-vermogensversterkers te maken, evenals andere RF- en microgolfapparaten - en niet te vergeten resonatorholtes die het uitgangsvermogen voor deze apparaten versterken.

Verwacht wordt dat de investering van Denso en Mitsubishi Electric de waarde van Coherent's SiC-activiteiten boven de $1 miljard zal brengen. Elk Japans bedrijf krijgt een niet-controlerend belang van 12,5 procent in de nieuwe dochteronderneming van Coherent die geleid wordt door Sohail Khan, uitvoerend VP voor wide bandgap electronics technology bij Coherent. Daarnaast zullen deze partijen langlopende leveringsovereenkomsten sluiten met deze dochteronderneming voordat deze wordt gesloten in het eerste kwartaal van 2024.

Lichtgewicht

Coherent, een Amerikaanse fabrikant van hoogtechnologische apparatuur, kondigde vandaag aan dat het een investering van $1 miljard heeft ontvangen van twee Japanse leveranciers van elektrische auto's om zijn halfgeleideractiviteiten op basis van siliciumcarbide (SiC) op te zetten. Denso Corp en Mitsubishi Electric hebben elk $500 miljoen geïnvesteerd volgens een aankondiging van Coherent op 10 oktober; in ruil voor hun aandeel hebben ze langlopende leveringsovereenkomsten gesloten met Coherent.

SiC, kort voor silicium koolstof, is een harde chemische verbinding met een kristalstructuur die lijkt op die van diamant. SiC komt van nature voor als moissaniet, maar sinds 1893 wordt het in massaproductie als poeder of kristal geproduceerd en gebruikt in harde keramische toepassingen zoals autoremmen, koppelingen en kogelvrije vestplaten. Grote enkele kristallen kunnen ook worden gekweekt en geslepen tot edelstenen die bekend staan als synthetische moissaniet edelstenen of worden vermalen tot industriële materialen zoals aluminiumoxide en wolfraamcarbide voor productietoepassingen.

De SiC-activiteiten van Coherent hebben een gevestigde reputatie in het leveren van wafers voor vermogenselektronica. Dankzij de toonaangevende thermische geleidbaarheid van SiC kunnen vermogensmodules de warmte effectiever afvoeren, waardoor het vermogensverlies afneemt en de prestaties toenemen, terwijl de superieure elektrische eigenschappen een voordeel bieden ten opzichte van silicium.

Siliciumcarbide onderscheidt zich door zijn thermische eigenschappen en lage uitzettingscoëfficiënt, waardoor het geschikt is voor gebruik in hoogspanningstoepassingen. Bovendien is de duurzaamheid indrukwekkend met een uitzonderlijke sterkte-gewichtsverhouding en eenvoudige bewerkingseigenschappen, waardoor het aantrekkelijk is voor gebruik in precisiegereedschap.

De nieuwe dochteronderneming zal klanten betrekken bij elke stap van de creatie van hun apparaten, van de productie van SiC-substraten en epitaxiale wafers tot het ontwerp van de componenten waaruit de afgewerkte apparaten en modules bestaan. Khan zegt dat het doel van zijn bedrijf is om de klanten te begrijpen en oplossingen te creëren die specifiek zijn afgestemd op hun behoeften, en hij gelooft dat de nieuwe dochteronderneming een aanzienlijk deel van deze groeiende markt kan veroveren.