科技是人類一大進步的基石,自從第一次工業(yè)革命開始后,人類發(fā)展的速度突飛猛進。越來越多科技產(chǎn)品的出現(xiàn)便利了人們的生活,現(xiàn)如今人們離不開電子產(chǎn)品等時代的產(chǎn)物了。
時代在進步,科技也要繼續(xù)發(fā)展,而半導(dǎo)體作為今日大部分電子產(chǎn)品,如計算機、移動電話等產(chǎn)品中的核心單元必不可少的材料,他的發(fā)展更是決定了科技發(fā)展的速度。常見的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等,而硅更是各種半導(dǎo)體材料中,在商業(yè)應(yīng)用上最具有影響力的一種。
直至今日,半導(dǎo)體已經(jīng)發(fā)展到第三代半導(dǎo)體的時代,第三代半導(dǎo)體材料憑借其性能優(yōu)勢和巨大的產(chǎn)業(yè)帶動作用,使得歐美日等發(fā)達國家和地區(qū)都把發(fā)展碳化硅半導(dǎo)體技術(shù)列入國家戰(zhàn)略,投入巨資支持發(fā)展。在大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體的眾多企業(yè)之中,羅姆憑借其全面的技術(shù),得到了世界的認可,本文將講述羅姆與其第三代半導(dǎo)體。
一、半導(dǎo)體的變化之路
半導(dǎo)體的發(fā)展實際上可以追溯到很久以前。從1833年,英國科學(xué)家電子之父法拉第最先發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體現(xiàn)象至今,人們已經(jīng)推動半導(dǎo)體發(fā)展到了第三代。
第一代半導(dǎo)體材料主要是指硅(Si)、鍺元素(Ge)半導(dǎo)體材料。作為第一代半導(dǎo)體材料的鍺和硅,在國際信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的各類分立器件以及迅速發(fā)展的新能源、硅光伏產(chǎn)業(yè)中都得到了極為廣泛的應(yīng)用,硅芯片在人類社會的每一個角落無不閃爍著它的光輝。
為了讓半導(dǎo)體在需要的時候具有盡量大的導(dǎo)電性,人們發(fā)明了摻雜(當然摻雜還有另外一個目的就是形成整流特性),這就形成了第二代半導(dǎo)體材料。主要包括:化合物半導(dǎo)體材料,如砷化鎵(GaAs);三元化合物半導(dǎo)體,如GaAsAl;還有一些固溶體半導(dǎo)體與非晶體半導(dǎo)體等。
第二代半導(dǎo)體材料主要用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件,后期因信息高速公路和互聯(lián)網(wǎng)的興起,還被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通訊、移動通訊、光通信和GPS導(dǎo)航等領(lǐng)域。
所謂的第三代半導(dǎo)體,基本上屬于我國科技界的詞匯,主要以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)、金剛石、氮化鋁(AlN)為代表的寬禁帶(Eg>2.3eV)半導(dǎo)體材料。
我們常說的半導(dǎo)體材料代際進步,就在于不斷追逐更優(yōu)良絕緣體的高頻特性。以SiC等為代表的第三代半導(dǎo)體材料將被廣泛用于光電子等領(lǐng)域,而隨著“理想半導(dǎo)體”SiC生產(chǎn)成本的降低,SiC半導(dǎo)體正在憑借其優(yōu)良的性能逐步取代Si半導(dǎo)體,打破Si基由于材料本身性能所遇到的瓶頸。無疑,它將引發(fā)一場類似于蒸汽機一樣的產(chǎn)業(yè)革命。
第三代半導(dǎo)體由于禁帶寬度大,導(dǎo)電性極低而成為最優(yōu)良的絕緣體的代表,也成為了人們心中的理想半導(dǎo)體材料。
二、羅姆半導(dǎo)體的發(fā)展
2014年,美國占領(lǐng)下一代功率電子產(chǎn)業(yè)這個正出現(xiàn)的規(guī)模最大、發(fā)展最快的新興市場,同時創(chuàng)造出一大批高收入就業(yè)崗位。于此同時,日本也建立了“下一代功率半導(dǎo)體封裝技術(shù)開發(fā)聯(lián)盟”,由大阪大學(xué)牽頭,協(xié)同羅姆、三菱電機、松下電器等18家從事SiC等的知名企業(yè)和研究中心,共同開發(fā)適應(yīng)SiC和GaN等下一代功率半導(dǎo)體特點的先進封裝技術(shù)。
1982年羅姆半導(dǎo)體成立了半導(dǎo)體研究中心,開始了數(shù)字晶體管的開發(fā)和銷售。一直以來羅姆憑借著被稱為“超常思維”的創(chuàng)新理念,再加上年輕的、充滿夢想和激情的員工的艱苦奮斗得到了迅速的發(fā)展。羅姆的分立式半導(dǎo)體產(chǎn)品主要有:晶體管、二極管、sic功率器件,而旗下半導(dǎo)體應(yīng)用產(chǎn)品主要有:加速度傳感器、陀螺儀傳感器等。
羅姆從2002年左右就開始進行碳化硅前期的研究,在碳化硅的歷程來說,經(jīng)驗非常豐富的,擁有18年的碳化硅研發(fā)的經(jīng)驗。
其次,有一條龍的生態(tài)體系,有完整的碳化硅產(chǎn)業(yè)線,包括晶圓、原材料、封裝等都是羅姆一條龍來做的。
再次,羅姆擁有業(yè)界比較先進的Trench技術(shù)。最近普通硅基半導(dǎo)體已經(jīng)用Trench技術(shù)做了,碳化硅稍微晚一點,但是羅姆走在前面。
最后,ROHM的碳化硅的可靠性非常高。
從整體來看,羅姆的半導(dǎo)體發(fā)展有幾個重要的時間點,09年收購了一家碳化硅晶圓原材料廠家。2010年開始量產(chǎn)SiC-SBD和全球首個量產(chǎn)SiC-MOS,2012年全球首個量產(chǎn)全碳化硅功率模塊,2015年全球首個量產(chǎn)Trench構(gòu)造的SiC-MOS。去年全球領(lǐng)先的6英寸的碳化硅晶圓也開始量產(chǎn)。
因此我們現(xiàn)在看到的是ROHM是從原材料晶圓加工到最后的封裝都是一條龍生產(chǎn)體系。
從現(xiàn)在的發(fā)展趨勢來看,未來由半導(dǎo)體SiC材料制作成的功率器件將支撐起當今節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨向,成為節(jié)能設(shè)備最核心的部件,因此半導(dǎo)體SiC功率器件也被業(yè)界譽為功率變流裝置的“CPU”、綠色經(jīng)濟的“核芯”。而羅姆也會加大發(fā)展力度,爭取在2022使得碳化硅得到廣泛的運用。