半導(dǎo)體材料目前經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，第一代的硅（Si）、鍺（Ge）；第二代開始由2種以上元素組成化合物半導(dǎo)體，如砷化鎵（GaAs）、磷化銦 (InP)；以及第三代的碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等寬禁帶材料。由于寬禁帶半導(dǎo)體材料可實現(xiàn)更優(yōu)的導(dǎo)熱性、更高的開關(guān)速率、更低導(dǎo)通電阻以及更小的器件物理尺寸，傳統(tǒng)巨頭近年紛紛加碼該領(lǐng)域，而有的公司卻在20年前就開始布局……
隨著全球能源消耗量的不斷提升，電子產(chǎn)業(yè)對電源產(chǎn)品效率和功率密度要求不斷提高，寬禁帶（WBG，wide bandgap）半導(dǎo)體材料不斷被運用到新型功率器件和新一代電源中。這里所謂材料的禁帶，是將電子從其價帶釋放到導(dǎo)帶所需的能量。
半導(dǎo)體材料目前經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，第一代的硅（Si）、鍺（Ge）；第二代開始由2種以上元素組成化合物半導(dǎo)體，如砷化鎵（GaAs）、磷化銦 (InP)；以及第三代的碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等寬禁帶材料。硅具有1.12電子伏特（eV）的禁帶，GaAs是1.4eV，而SiC和GaN分別具有3.26和3.41eV的相對較寬的禁帶。較高的電子遷移率使得它們能夠?qū)崿F(xiàn)更快的切換，因為接合處累積的電荷通?？梢愿斓蒯尫?。
因此，與傳統(tǒng)硅工藝相比，SiC和GaN等寬禁帶半導(dǎo)體材料可實現(xiàn)更優(yōu)的導(dǎo)熱性、更高的開關(guān)速率、更低導(dǎo)通電阻（RDS（ON））以及更小的器件物理尺寸。寬禁帶材料從2000年開始用于半導(dǎo)體器件，最初是在PFC應(yīng)用中采用了SiC JBS二極管，隨后光伏行業(yè)也開始使用SiC二極管和FET，直到最近電動汽車車載充電器和DC-DC轉(zhuǎn)換器的相關(guān)應(yīng)用激增，推動了SiC爆發(fā)式增長，也讓這一類新材料開始在大眾中科普。
傳統(tǒng)半導(dǎo)體巨頭將其視作未來功率器件新戰(zhàn)場，近年來紛紛加碼這一領(lǐng)域，而有一家公司卻在20年前就開始了布局。
美商聯(lián)合碳化硅股份有限公司（UnitedSiC）成立于1999年，主要為高效功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用部署SiC晶體管和二極管解決方案，公司現(xiàn)任總裁兼首席執(zhí)行官 Chris Dries和董事會于2009年收購了這家公司。按照Chris Dries的話來說，
目前公司已開發(fā)了一系列SiC功率器件解決方案，最新的SiC FET更是業(yè)界首家、提供了所有競爭對手都做不到的性能和高效率。
Chris Dries于1994年從杜克大學(xué)（Duke University）以優(yōu)異成績畢業(yè)，并于1999年在普林斯頓大學(xué)（Princeton University）獲得了電氣工程博士學(xué)位。他的職業(yè)生涯始于光電子行業(yè)，曾在Sensors Unlimited、Finisar和Goodrich Corporation等公司研發(fā)用于光通信系統(tǒng)的高速檢測器和激光器。在行業(yè)之外，他一直是美國杜克大學(xué)訪客工程委員會、普林斯頓大學(xué)研究生院Leadership Council的成員，目前也在普林斯頓大學(xué)電氣工程顧問委員會任職，并且是普林斯頓日校的理事會成員。
日前，《電子工程專輯》(EETimes China)小編有機會與造訪深圳的Dries博士深聊了一次。
Q&A
EETimes China: 我留意到您的職業(yè)生涯開始于光電子行業(yè)，是什么樣的機緣讓您開始進入到寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)？
Chris Dries: 我想可以追溯到我的大學(xué)時代1994年，那時因特網(wǎng)剛開始繁榮。很明顯，因特網(wǎng)所產(chǎn)生的所有流量都將通過光纖傳輸。在那個年代的早期，我就想?yún)⑴c到這場通信革命中。
因此，我當(dāng)時找到了一位精通光通信系統(tǒng)器件的教授，這也讓我去到了普林斯頓大學(xué)，為我的論文導(dǎo)師工作。很幸運，我完成學(xué)業(yè)的時機剛剛好，有幸參與到了2000年代初光通信元件的繁榮時期。也正是這種將技術(shù)研究轉(zhuǎn)化為真正商業(yè)化事業(yè)的理念，帶我進入了寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域。
EETimes China: 后來您為何會收購 UnitedSiC?
Chris Dries: 從1994到2009年這15年間，我一直在從事光通信工作。根據(jù)我的經(jīng)驗，從新材料被發(fā)現(xiàn)到真正商用，一般需要20年的時間，比如磷化銦和砷化鎵。
2009年時，碳化硅作為二極管材料已經(jīng)在市場上銷售了5到10年。這對我們來說是一個機會，我們可以把在光器件中的商業(yè)模式，運用到功率器件上。非常重要的是，III-V族化合物半導(dǎo)體所采用的制造工藝，也同樣適用于碳化硅。因此，除了我們在2009年收購的擁有碳化硅專業(yè)知識的團隊之外，我們招募的磷化銦器件制造團隊也一起幫助制造碳化硅器件。我們看到了碳化硅在未來十年內(nèi)發(fā)展的機會，加上我們的技術(shù)背景，促使我們收購了UnitedSiC。
EETimes China: SiC材料近些年被更廣泛地用在了功率電子元器件中，有的傳統(tǒng)硅半導(dǎo)體巨頭選擇與UnitedSiC這樣的公司合作開發(fā)，比如ADI就在與你們合作。UnitedSiC目前與業(yè)內(nèi)公司的合作情況如何？
Chris Dries: 是的，與ADI的合作對我們來說非常重要。在過去三年中，我們一直在與他們合作，最初是與凌力爾特（Linear）的團隊合作。他們?yōu)閁nitedSiC帶來的優(yōu)勢是，能讓我們做一些作為獨立公司無法做的事情，例如，他們利用我們的碳化硅FET的優(yōu)勢制造柵極驅(qū)動器和更復(fù)雜的集成電路。與作為獨立的分立器件公司相比，這幫助我們獲得了更大的市場，我們能夠藉由他們的渠道和網(wǎng)絡(luò)，獲得更大的發(fā)展。
但我們也與其他許多公司合作，不僅僅是ADI。這次我來深圳，就是與一家來自中國的大型智能手機公司碰面，這家公司會將我們的器件整合到手機充電器適配器中。
EETimes China: 這真是個令人興奮的消息，是否方便透露公司名?
Chris Dries: 是的，很令人興奮。但是不好意思，暫不能透露公司名，我預(yù)計明年內(nèi)，市場上應(yīng)該能買到基于UnitedSiC碳化硅的手機充電適配器。
EETimes China: 一些提前布局的傳統(tǒng)半導(dǎo)體廠商，已經(jīng)推出自己的SiC產(chǎn)品有些時日。面對傳統(tǒng)巨頭的競爭，UnitedSiC最大的優(yōu)勢是什么？
Chris Dries: 最大優(yōu)勢是我們的器件易于使用，這一點不同于所有的競爭對手——我們通常在所有器件中將碳化硅JFET與硅MOSFET結(jié)合在一起。因此，客戶可以兼得這兩種材料系統(tǒng)的優(yōu)勢：從碳化硅JFET獲得快速開關(guān)、高阻斷能力和低RDS（ON）；從硅MOSFET獲得易用性和卓越的體二極管性能。
所以，盡管我們從事的是碳化硅業(yè)務(wù)，但我們每售出一個晶體管，里面都配有一個硅MOSFET。我也這樣和客戶講，我們充分利用每種材料系統(tǒng)的優(yōu)勢，并將這些優(yōu)勢提供給客戶。易用性是第一位的，這讓使用現(xiàn)有IGBT解決方案或硅MOSFET解決方案的客戶可以輕松地將這些器件取出，放入我們的器件取而代之，從而獲得更高的效率。
如果他們愿意重新設(shè)計器件，則可以通過增加開關(guān)頻率以獲得更高的功率密度。但是，很多客戶幾乎不必這樣做，就能從我們的器件中獲益。
EETimes China: 說到重新設(shè)計，你們會在未來銷售你們的IP嗎？
Chris Dries: 不會，我們會保留我們所有知識產(chǎn)權(quán)，并在全球申請專利：歐洲、中國大陸和臺灣，以及美國。保護知識產(chǎn)權(quán)對我們來說非常重要。
EETimes China: 當(dāng)前對功率器件最大的挑戰(zhàn)很多來自于低功耗設(shè)計，比如更低的RDS（ON）等，但是卻需要更高的柵極-源極電壓（V（GS））用于關(guān)斷。UnitedSiC在這一塊有沒有新的突破？
Chris Dries: 您可能已經(jīng)了解，我們即將在今年12月9日發(fā)布具有全球最低RDS（ON）的器件，采用TO247封裝。由于我們器件的獨特設(shè)計，這些器件可以從0V切換至10V或從0V切換至12V進行柵極驅(qū)動，非常容易驅(qū)動。這有助于我們客戶實現(xiàn)傳導(dǎo)損耗全球最低的設(shè)計。這對電動汽車的牽引逆變器特別重要。您可能了解，特斯拉Model 3采用了ST的碳化硅。我的預(yù)計是到2020年下半年，將有一批裝有UnitedSiC的 9 mΩ、1200V FET的先導(dǎo)車在北京行駛。
EETimes China: 第一批車在北京行駛，那么是否意味著UnitedSiC在選擇合作的車廠時，會傾向于某個國家地區(qū)的廠商？會優(yōu)先考慮快速成長中的中國廠商嗎？
Chris Dries: 我們都會合作：歐洲、中國和美國的廠商。事實上結(jié)束這次中國的行程后，我們會去拜訪美國最大的一級（Tier 1）汽車廠商之一，由于我們器件所具有的性能優(yōu)勢，該公司希望我們按照其規(guī)格要求設(shè)計定制器件。
最近，我們從歐洲最大的一級汽車廠商之一獲得了JFET和共源共柵（cascode）的訂單。全球汽車行業(yè)最大的廠商已經(jīng)認可了我們將于今年12月公開發(fā)布的這些具有非常低RDS（ON） 的新器件優(yōu)勢。我們已經(jīng)向一些非常重要的主要客戶提供了樣品。
不過您說的很對，中國在采用新技術(shù)方面的速度確實比世界其他地區(qū)快得多。正因為如此，我們在中國有這樣重要的業(yè)務(wù)布局，也是為什么我每年至少來三次中國，與我們中國的合作伙伴一起工作。
EETimes China: 您剛才提到的新產(chǎn)品所采用的技術(shù)，目前在全球獨一無二的，其他企業(yè)都還不能做到嗎？UnitedSiC又是如何做到的？
Chris Dries: 是的，他們還做不到，這得益于我們的die尺寸優(yōu)勢。由于我們開發(fā)的先進技術(shù)，針對1200V應(yīng)用，我們的die尺寸大約是競爭對手的一半；而針對650V應(yīng)用，我們的die尺寸幾乎比競爭對手小四倍。與所有競爭對手相比，我們能以任何給定封裝提供具有最低RDS（ON）的器件。
EETimes China: 在這些新的器件中有采用新的工藝技術(shù)嗎？Chris Dries: 這些新器件是我們現(xiàn)有器件的擴展。因此，從工藝成熟度的角度來看，它非常成熟。我們先推出了具有較高RDS（ON）的器件，然后從戰(zhàn)略上為汽車領(lǐng)域構(gòu)建這些器件。但是，正如我剛才提到的那樣，以任何封裝形式提供具有最低RDS（ON）器件的能力，不僅為汽車電源，還為服務(wù)器電源帶來了變革。我們可以在非常小的表面貼裝DFN 8x8 mm封裝中裝進一個30 mΩ碳化硅FET，使服務(wù)器電源客戶無需使用散熱器，只需使用空氣冷卻，易于組裝，并且傳導(dǎo)損耗最低，實現(xiàn)3 KW設(shè)計。事實上，這與650V GaN相比，具有極強的競爭優(yōu)勢。
EETimes China: 我們的碳化硅FET還能用在無散熱器服務(wù)器電源上？
Chris Dries：是的，因為我們可以將具有最低RDS（ON） 的器件封裝在給定的尺寸中，在設(shè)計中大大降低損耗。
EETimes China: 我聽說在一些類似的應(yīng)用案例中，他們用GaN。SiC常被拿來和其他寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)作對比，比如與GaN，如今GaN和SiC在5G應(yīng)用上出現(xiàn)了一些融合的機會，比如碳化硅基氮化鎵(GaN-on-SiC)外延片，UnitedSiC會考慮進入GaN或其他寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域嗎？
Chris Dries: 我們暫時不考慮那個領(lǐng)域。雖然是SiC襯底上的GaN，但那是半絕緣襯底。我們100％專注于功率器件，并且100％專注于SiC。正如我們公司名UnitedSiC，在可預(yù)見的未來，我們將繼續(xù)專注在SiC功率器件。這是我們器件和設(shè)計專長所在。
話又說回來，我們也得益于5G的增長，因為它推動了SiC襯底功能的增強，從而降低了SiC的成本，這意味著我們可以加大力度攻現(xiàn)有的硅市場，尤其是650V應(yīng)用。
EETimes China: 有人說，寬禁帶材料無法完全取代硅基功率器件，只能用于特定領(lǐng)域。比如高電壓領(lǐng)域，但SiC將主導(dǎo)未來電動汽車技術(shù)的走向，完全取代IGBT，您怎么看？
Chris Dries: 這或許可以從我們設(shè)計器件的方式來看。每一種材料都有用武之地。如我剛才提到的，我們售出的每個SiC晶體管都結(jié)合了一個硅MOSFET，從而獲得了兩種材料系統(tǒng)的最佳性能。
我認為對于大多數(shù)市場和我們的大多數(shù)競爭對手而言，技術(shù)的使用將取決于電壓等級。顯然，低壓或中壓應(yīng)用將由硅主導(dǎo)。對于最高性能、低壓應(yīng)用，我認為GaN將扮演非常重要的角色。一旦達到650V，我認為是硅和SiC并存，低成本設(shè)計使用硅，最高性能的設(shè)計使用SiC。
我認為針對650V應(yīng)用，SiC與GaN的對比表明SiC將勝出，這與我們許多競爭對手所說的相反。但是，我對接下來幾年的技術(shù)發(fā)展充滿信心，我認為我們在650V應(yīng)用中將非常有競爭力。在900V及以上的應(yīng)用中，是SiC的主場。
EETimes China: UnitedSiC是否會考慮與一些電動汽車企業(yè)成立合資公司或是聯(lián)合實驗室，共同開發(fā)技術(shù)？
Chris Dries: 我們暫時不會考慮成立合資企業(yè)，但我們會與中國和其他國家/地區(qū)的客戶緊密合作。針對我們一些中國客戶，我們實際上正在為他們提供die幫助他們創(chuàng)建自己的模塊。他們從而可以開發(fā)針對特定應(yīng)用的模塊。我們很樂意提供die并協(xié)助他們開發(fā)自己的器件，但不是嚴格意義上的合資企業(yè)。
EETimes China: 公司在中國目前的業(yè)務(wù)布局如何？比如在中國的員工數(shù)量？
Chris Dries: 我們中國的業(yè)務(wù)在不斷增長。我們在深圳設(shè)有辦事處，其中有銷售人員和應(yīng)用工程師，在上海設(shè)有銷售辦事處，在臺灣也有一個銷售辦事處，很多臺灣同事也經(jīng)常跑內(nèi)地。我們未來可能在西安和重慶設(shè)立團隊，當(dāng)然還有北京。我們也非常想在中國建立一個更大的應(yīng)用工程團隊，在中國進行我們自己的設(shè)計。
EETimes China: 像研發(fā)中心？
Chris Dries: 是的。我們非常有興趣在中國創(chuàng)立研發(fā)中心。
EETimes China: 將研發(fā)中心搬到中國來有另外一個好處。中美貿(mào)易戰(zhàn)有影響你們的業(yè)務(wù)嗎？
Chris Dries: 目前并沒有影響我們，因為我們的產(chǎn)品實際上是在菲律賓以及中國大陸制造的，這是我們封裝廠所在地。在當(dāng)前環(huán)境下，沒有關(guān)稅適用于我們的產(chǎn)品，這非常重要。但是我相信中美貿(mào)易糾紛有望盡快解決，因為它仍然不利于全球貿(mào)易?？偟膩碚f，我相信大多數(shù)經(jīng)濟學(xué)家都認為這種關(guān)稅不是個好事，自由的全球貿(mào)易要好得多。這是我的想法。
EETimes China: 你們在中國的銷售渠道和技術(shù)支持是怎樣的？
Chris Dries: 我們在全球范圍有安富利和艾睿電子作為分銷伙伴，另外我們非常有效的分銷渠道還有Richardson Electronics，以及中國的眾多本地分銷商。
我發(fā)現(xiàn)在中國，客戶關(guān)系可能非常本地化，因此讓真正了解本地業(yè)務(wù)的分銷商參與業(yè)務(wù)非常重要。所以，我們將繼續(xù)開發(fā)具有本地經(jīng)驗且與最終客戶有合作關(guān)系的本地分銷渠道。
EETimes China: 也可以藉由這些分銷渠道提供更多的FAE支持？
Chris Dries: 是的。線上分銷方面，我們發(fā)現(xiàn)貿(mào)澤電子（Mouser）對我們非常有效。我近期在美國達拉斯與負責(zé)我們產(chǎn)品的貿(mào)澤團隊會過面，他們對支持我們的超結(jié)（Super Junction）替代戰(zhàn)略非常有幫助。因此，現(xiàn)在正使用coolMOS或Super Junction FET的任何客戶都可以在Mouser了解到一種新設(shè)計。他們會發(fā)現(xiàn)，我們的價格相比硅解決方案，具有極大的競爭優(yōu)勢，這對SiC寬禁帶業(yè)務(wù)帶來了極大的變革。
EETimes China: 他們是在計算了你們器件的性能、功耗和價格后，得出的結(jié)論？
Chris Dries: 是的，是的，我們可以看一下各類器件之間的比較。還有一點很重要（在接下來的幾個月，我們將開始撰寫更多相關(guān)應(yīng)用筆記），就是硅的RDS（ON）與SiC的RDS（ON） 非常不同，因為大多數(shù)廠商在數(shù)據(jù)手冊上標注的是室溫條件下的RDS（ON） ，但是顯然大多數(shù)人使用這些器件時，溫度是在100℃或125℃。我們發(fā)現(xiàn)，可以用UnitedSiC的40 mΩ SiC FET代替33 mΩ硅FET。因此，即使在工作溫度較高時，RDS（ON）也是相同的，并且開關(guān)性能卓越。這也是我們以性能和價值為導(dǎo)向服務(wù)客戶的體現(xiàn)。
EETimes China: 您對于SiC器件的未來有什么預(yù)期？
Chris Dries: 未來十年對我們來說將是令人振奮的。我認為這與我在光通信行業(yè)的經(jīng)驗相似，在未來十年，人們對汽車電源和服務(wù)器電源的思考方式將發(fā)生變化。iPhone于2007年問世，這僅僅是12年前?，F(xiàn)在沒人能想象生活中沒有這臺設(shè)備了，對吧？
我的預(yù)測是，整個汽車行業(yè)將在未來十年發(fā)生相同的事情，人們將無法想象我們還開著帶可燃汽油的汽車。相反，我們將看到向電動汽車和自動駕駛的重大轉(zhuǎn)變。碳化硅將在這場變革中扮演核心角色，無論是在充電基礎(chǔ)設(shè)施DC-DC轉(zhuǎn)換器中，還是牽引逆變器中，這對我們公司而言非常重要，這也是為什么我們目前在7mΩ和9 mΩ器件上投入研發(fā)的原因。
EETimes China: 公司會有哪些針對中國市場的戰(zhàn)略？
Chris Dries: 戰(zhàn)略上來說，我們對中國市場與世界其他地方并沒有什么不同。我們專注于四個主要市場：汽車市場，我們有車載充電器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和牽引逆變器相關(guān)產(chǎn)品。工業(yè)市場，包括電機驅(qū)動器、工業(yè)電池充電、快速充電系統(tǒng)。服務(wù)器電源市場，我們有功率因數(shù)校正和DC-DC轉(zhuǎn)換設(shè)計?？稍偕茉词袌?，特別是太陽能逆變器，我們最近在中國被評為最大的光伏逆變器公司之一。專注于這四個市場，就能使我們有穩(wěn)步的發(fā)展。
還有另一個非常有意思的市場正為我們呈現(xiàn)機會，就是電路保護領(lǐng)域。我們的器件具有如此低的RDS（ON），就是我們即將在12月發(fā)布的7 mΩ和9 mΩ器件。它們在固態(tài)功率控制器和電路保護中也有非常大的用武之地。對我們來說，這是一個新市場，我們暫未有該領(lǐng)域的產(chǎn)品出售。但是，特別是我們的JFET技術(shù)非常適合這些應(yīng)用。
