報道指出，三菱重工、豐田汽車子公司電裝和日本開發(fā)銀行投資的Flosfia將大規(guī)模生產(chǎn)使用氧化鎵（硅的替代品）作為半導(dǎo)體材料的功率半導(dǎo)體。

 

據(jù)該公司稱，與當(dāng)前的半導(dǎo)體器件相比，這些器件可以將功率損耗降低 70%。此外，它們還可以將 EV 功耗降低 10%，從而延長一次充電的續(xù)航里程。

 

Flosfia 的目標是到 2023 年夏季實現(xiàn)每月數(shù)十萬的生產(chǎn)能力。這些器件將出售給汽車零部件制造商。該公司計劃將生產(chǎn)外包給日本國內(nèi)電子公司，目標是到 2030 年實現(xiàn) 1000 億日元（7.32 億美元）的銷售額。

 

隨著電動汽車需求的增加，該公司希望在歐洲和美國的競爭對手之前將其設(shè)備商業(yè)化。

 

一次充電的續(xù)駛里程是電動汽車性能的關(guān)鍵因素。電動汽車制造商通過提高電池性能和減輕車輛重量，突破了車輛行駛距離的極限。

 

Flosfia 是從半導(dǎo)體材料層面應(yīng)對 EV 續(xù)航里程挑戰(zhàn)的公司之一。除氧化鎵外，碳化硅已成為一種有前途的發(fā)展途徑。特斯拉成為第一個在量產(chǎn)汽車中使用碳化硅功率半導(dǎo)體的同行。

 

功率半導(dǎo)體器件控制電機和其他 EV 部件中的電流和電壓。日本公司在半導(dǎo)體領(lǐng)域的整體份額較小，但在該領(lǐng)域仍具有優(yōu)勢。

 

三菱電機、東芝和富士電機合計占據(jù)全球功率半導(dǎo)體市場約 20% 的份額。在日本政府支持的新能源和工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織的支持下，像 Flosfia 這樣的新公司正在該行業(yè)找到一席之地。

 

 

今年年初，日本從事半導(dǎo)體研發(fā)的Novel Crystal Technology（NCT，埼玉縣狹山市）發(fā)布消息稱，該公司與日本酸素控股旗下的大陽日酸、東京農(nóng)工大學(xué)一起，成功實現(xiàn)了氧化鎵功率半導(dǎo)體的6英吋成膜。由于可在較大晶圓上成膜，估計可大幅削減晶圓生產(chǎn)成本。氧化鎵功率半導(dǎo)體被期待幫助純電動汽車（EV）等減少電力消耗。

 

這是作為日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）的戰(zhàn)略項目實現(xiàn)的研發(fā)。大陽日酸和東京農(nóng)工大學(xué)開發(fā)了可按6英吋晶圓進行成膜的裝置。

 

以往的技術(shù)只能在最大4英吋晶圓上成膜，NCT在世界上首次實現(xiàn)6英吋的成膜。有助于削減生產(chǎn)成本，有望把成本降到「碳化矽（SiC）功率半導(dǎo)體的三分之一」（NCT相關(guān)人員）。

 

據(jù)NCT預(yù)測，氧化鎵晶圓的市場到2030年度將擴大到約590億日元規(guī)模。該公司的目標是在確立晶圓量產(chǎn)技術(shù)后，2024年度銷售晶圓的量產(chǎn)裝置。將銷售給大型功率半導(dǎo)體廠商，用于實現(xiàn)純電動汽車等的節(jié)能。

 

同樣是在今年上半年，源自日本東北大學(xué)的初創(chuàng)企業(yè)C&A與東北大學(xué)教授吉川彰的研發(fā)團隊開發(fā)出一種技術(shù)，能以此前100分之1的成本制造有助于節(jié)能的新一代功率半導(dǎo)體的原材料“氧化鎵”。新技術(shù)不需要昂貴的設(shè)備，成品率也將提高。計劃在2年內(nèi)制造出實用化所需的大尺寸結(jié)晶。

 

研發(fā)團隊開發(fā)出了通過直接加熱原料來制造氧化鎵結(jié)晶的設(shè)備，制造出了最大約5厘米的結(jié)晶。將原料裝入用水冷卻的銅質(zhì)容器，利用頻率達到此前約100倍的電磁波，使原料熔化。

 

傳統(tǒng)方法是加熱使用貴金屬銥制造的容器，熔化其中的材料，制造結(jié)晶。要制造直徑約15厘米的實用性結(jié)晶，僅容器就需要3000萬～5000萬日元，還存在結(jié)晶的質(zhì)量不夠穩(wěn)定等課題。

 

據(jù)稱由于不需要昂貴的容器等原因，利用新方法能以目前約100分之1的成本制造氧化鎵結(jié)晶。力爭在2年內(nèi)制造出直徑15厘米以上的結(jié)晶。

 

現(xiàn)在的功率半導(dǎo)體主要把硅用于基板，但課題是會產(chǎn)生電力損耗。氧化鎵與碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等一起，作為新一代材料受到期待。據(jù)稱氧化鎵的電力損耗在理論上僅為硅的約3400分之1、碳化硅的約10分之1。

 

如果純電動汽車（EV）的馬達驅(qū)動用電源采用氧化鎵制的功率半導(dǎo)體，就算電池容量相同，也能行駛更遠距離。C&A和東北大學(xué)的團隊將利用新方法降低此前成為瓶頸的生產(chǎn)成本，推動實用化。

 

 

據(jù)路透社報道，美國早前對支持生產(chǎn)先進半導(dǎo)體和燃氣渦輪發(fā)動機的技術(shù)實施了新的出口管制，美國稱這些技術(shù)對其國家安全至關(guān)重要。

 

美國商務(wù)部表示，此舉涵蓋的“新興和基礎(chǔ)技術(shù)”包括氧化鎵和金剛石，因為“利用這些材料的設(shè)備顯著增加了軍事潛力”。

 

商務(wù)部工業(yè)和安全部副部長艾倫·埃斯特維茲 (Alan Estevez) 表示：“允許半導(dǎo)體和發(fā)動機等技術(shù)更快、更高效、更長時間和更惡劣條件下運行的技術(shù)進步可能會改變商業(yè)和軍事領(lǐng)域的游戲規(guī)則。” “當(dāng)我們認識到風(fēng)險和收益，并與我們的國際合作伙伴一起行動時，我們可以確保實現(xiàn)我們共同的安全目標。”

 

這四項技術(shù)是 42 個參與國在 2021 年 12 月會議上達成共識控制的項目之一。美國的出口管制涵蓋了比國際協(xié)議更廣泛的技術(shù)，包括用于生產(chǎn)半導(dǎo)體的額外設(shè)備、軟件和技術(shù)。

 

氧化鎵和金剛石使半導(dǎo)體“能夠在更惡劣的條件下工作，例如在更高的電壓或更高的溫度下。使用這些材料的設(shè)備顯著增加了軍事潛力，”Commerce 說。

 

該部門表示，這些控制包括 ECAD，這是一種用于驗證集成電路或印刷電路板的軟件工具，“可以推進許多商業(yè)和軍事應(yīng)用，包括國防和通信衛(wèi)星”。

 

據(jù)美國商務(wù)部介紹，使用氧化鎵和金剛石這兩種超寬帶隙半導(dǎo)體制成的芯片可以在更惡劣的條件下工作，例如在更高的電壓或溫度下，使用它們的設(shè)備“顯著增加了軍事潛力”

 

至于稱為 ECAD 的電子計算機輔助設(shè)計軟件則用于開發(fā)具有全柵場效應(yīng)晶體管或 GAAFET 結(jié)構(gòu)的集成電路。軍事和航空航天國防工業(yè)使用 ECAD 軟件來設(shè)計復(fù)雜的集成電路。GAAFET 是設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)“更快、更節(jié)能、更耐輻射的集成電路”的技術(shù)的關(guān)鍵，這些集成電路具有軍事用途，包括國防衛(wèi)星

 

此外，可用于火箭和高超音速系統(tǒng)的增壓燃燒（PGC）技術(shù)也納入了管制。

來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察 譯自日經(jīng)