Coherent 完成对碳化硅基板的 $1 十亿美元投资

Coherent 公司宣布，日本电装和三菱电机将共同向其碳化硅基板业务投资 10 亿美元，成立一家提供 150 毫米和 200 毫米碳化硅基板以及外延晶片的子公司。

碳化硅是一种极具吸引力的功率半导体材料，因为它能在比硅更高的温度下工作，同时减少功率损耗。此外，SiC 的外形尺寸小、重量轻，可显著减小设备的尺寸和重量。

高温

碳化硅（SiC）是在高温或高电压条件下工作的电子器件的重要材料，因为它具有高导热性和高电阻，与硅技术相比，使用碳化硅元件的功率半导体器件可显著降低能量损耗和开关时间。此外，由于碳化硅具有较低的电导电阻，因此其开关频率比硅高。遗憾的是，碳化硅的低密度和低成本阻碍了它的广泛商业化；虽然有些小的碳化硅是从天然资源中开采出来的，如莫桑石宝石，但电子设备中使用的大多数碳化硅都是由电子制造设备合成生产的，而不是像莫桑石宝石那样从天然资源中开采出来的；大多数电子设备制造商都是使用合成前体来生产碳化硅的。

为了应对这些挑战，研究人员对碳化硅中与空位相关的自旋缺陷的光学和磁学特性进行了研究，发现即使在室温下，某些自旋缺陷也能被相干控制；这是一个重要的里程碑，因为碳化硅中其他已知缺陷系统的相干时间极短；这项工作为碳化硅中的自旋缺陷开辟了大量应用领域，如量子信息任务。

研究人员调查了通过氢离子植入并随后在高温下进行后退火而产生的 PL8 缺陷的光学和磁光特性。在低温和高温下都观察到了荧光和光检测磁共振（ODMR）信号；在较低温度下，这些缺陷的 ODMR 信号显示出洛伦兹拟合与五阶多项式温度相关性，而较高温度下的信号则显示出明显的零场散射强度截止。

研究人员随后采用拉姆齐脉冲序列精确测量了这些 PL8 缺陷自旋的自由感应衰减时间（T2ast），结果表明它们的自由感应衰减与功率有关--这是相干自旋系统的一个基本特征。

这项研究发表在《自然-纳米技术》（Nature Nanotechnology）上，得益于日本电装（DENSO）和三菱电机（Mitsubishi Electric）向 Coherent 的碳化硅业务投资 10 亿吨，它们将获得 12.51 吨的非控股股权，并签订长期供应协议，以满足 150 毫米和 200 毫米基板和外延晶片的需求；预计 2024 年初完成。

高频率

碳化硅（SiC）是一种非凡的半导体材料，具有卓越的热学、光学和机械特性，适合用于大功率电子器件、微机械传感器、天文望远镜和许多其他应用。与硅（SI）芯片相比，SiC 器件的开关损耗更低，同时工作温度更高，可减少功率损耗并提高效率。

碳化硅不仅具有超强的耐温性，而且还具有高导电性；导电性是纯硅的 10 倍以上。由于这种特性，碳化硅能够高速传导电流，因此开关损耗低，运行速度快，从而提高了效率，降低了能源成本。此外，碳化硅还能承受高电压而不损坏器件，因此适用于电机和驱动器等高速应用。

由于开关损耗大、发热量高，碳化硅以前在高频应用中受到限制，但最近通过使用氮化物基掺杂剂的掺杂技术解决了这一问题，降低了开关损耗，提高了高频性能。与现有技术相比，采用这种方法可以制造击穿电压更高、运行速度更快的高速晶体管和高压二极管。

氮化物掺杂是指在生产过程中将硅与氮混合，形成碳空位，使碳化硅具有优异的频率质量特性，能够在高频率下处理大电流，是电机和驱动器以及电信和雷达系统的理想选择。

研究人员对碳化硅的特性和缺陷结构进行了研究，但对其在高温下的自旋行为却知之甚少。在研究了碳化硅缺陷自旋在这一温度下的行为后，研究人员发现，碳化硅缺陷自旋的零场分裂取决于温度；它们的自旋相干性随着温度的升高而降低--这一观察结果可能为新的高温自旋电子应用铺平道路。

宾夕法尼亚州萨克森堡的 Coherent 公司最近获得了爱知县刈谷市两家日本电动汽车市场供应商电装公司（DENSO Corp）和三菱电机公司（Mitsubishi Electric Corporation）10 亿吨的投资。这两家投资者在 Coherent 新成立的子公司中持有 12.5% 的股份，并签订了长期供应协议，这将有助于该公司的发展。

高压

碳化硅（SiC）是一种极其坚固的化合物，由硅原子和碳原子通过共价键结合在一起组成，具有与钻石类似的强共价相互作用。碳化硅具有六边形晶体结构和宽带隙半导体特性。此外，碳化硅的带隙能量几乎是硅的三倍，这意味着电力在传输过程中不会产生太大的损耗，因此碳化硅是电动汽车电源等高压应用的理想材料。

此外，碳化硅比其他半导体更耐用，使元件能够承受更高的温度，无需冷却系统就能保持高效运行。这使得电动汽车能够实现更高的燃油效率和行驶里程。此外，使用碳化硅半导体芯片意味着这些车辆的电力电子设备比完全由硅（Si）制成的电力电子设备能够承受更高的开关频率和温度。

提供激光设备和半导体晶片的 Coherent 公司已经见证了其碳化硅产品需求的激增。2024 年第一季度，由于高性能电动汽车（EV）计划公司的新订单，其销售额增长了 50%。

这笔投资将使该公司能够扩大产能，同时改进制造工艺和开发新技术。除生产碳化硅晶圆外，公司还计划生产碳化硅氮化镓射频功率放大器以及其他射频和微波器件，更不会忘记为这些器件放大输出功率的谐振器腔体。

电装和三菱电机的投资预计将使 Coherent 的碳化硅业务价值超过 10 亿美元。两家日本公司都将获得 Coherent 新子公司 12.5% 的非控股股权，该子公司由 Coherent 宽带隙电子技术执行副总裁 Sohail Khan 掌管。此外，在该子公司于 2024 年第一季度关闭之前，双方还将签署长期供应协议。

重量轻

美国高科技设备制造商 Coherent 公司今天宣布，该公司已从两家日本电动汽车供应商处获得 10 亿吨碳化硅（SiC）半导体业务投资。根据 Coherent 公司 10 月 10 日发布的公告，Denso Corp 和 Mitsubishi Electric 各投资 $5 亿美元；作为股权交换，它们与 Coherent 签订了长期供应协议。

SiC 是硅碳的简称，是一种坚硬的化合物，其晶体结构与钻石相似。虽然天然存在莫桑石矿物，但自 1893 年开始大规模生产以来，SiC 已被制成粉末或晶体形式，并被用于汽车制动器、离合器和防弹背心板等硬质陶瓷应用中。大块的单晶体也可以生长和切割成宝石，即合成莫桑石宝石，或研磨成氧化铝和碳化钨等工业材料用于制造。

Coherent 的碳化硅业务在为电力电子设备提供晶片方面有着良好的记录。碳化硅市场领先的导热性能使电源模块更有效地散热，有助于减少功率损耗和提高性能，而其卓越的电气性能则使其比硅更具优势。

碳化硅具有出色的热性能和低膨胀系数，因此适用于高压应用。此外，碳化硅的耐用性也令人印象深刻，其优异的强度重量比和易于加工的特性使其成为精密工具的理想材料。

新子公司将与客户一起参与设备制造的每一个步骤，从制造碳化硅基板和外延片到设计构成成品设备和模块的组件。Khan 表示，公司的目标是了解客户，并为满足客户需求量身定制解决方案，相信新子公司能在这一不断增长的市场中占据相当大的份额。