Över 200 representanter från industri och forskning deltog i årets stora kiselkarbidkonferens, iSiCPEAW, i Kista, med Bo Hammarlund, SenSiC, och Christian Vieider, Acreo, som arrangörer. Deltagarna kom från 21 länder och i år kom 65 procent från industrin.

Philippe Roussel, från Yole Developement i Frankrike, inledde konferensen iSiCPEAW med att berätta om hur marknaden för SiC, och dess industri, har och kommer att utvecklats. Han gav lovande prognoser inför framtiden.
Under förra årets konferens om kiselkarbid, SiCPEAW 2010, stod det klart att SiC-marknaden efter 15-20 års forskning, och bara till en del lyckade industrisatsningar, äntligen stod inför en industriell fas, med en marknad som började utvecklas. Den är ännu blygsam, men helt klart ser man en framtida tillväxt.

– SiC-industrin är nu en realitet, konstaterade Philippe Roussel, Yole Développement, inledningsvis. På den kommersiella marknaden finns nu såväl Schottkydioder som MOSFET, JFET och bipolära transistorer i kiselkarbid.
Philippe Roussel inledde med att ge exempel på ett antal färska händelser:
* September 2010: Power integration investerade 30 miljoner dollar i SemiSouth, pengar som i februari 2011 bland annat investerades i den kommersiella marknadens största CVD-reaktor, från Aixtron.
* Januari 2011: Micross annonserade att de för SemiSouth skall utveckla hermetiska kapslar som tål 260°C.
* Januari 2011: Cree lanserade industrins första 1200V/20 A MOSFET med R_DSon på bara 80 mohm vid 25°C.
* Januari 2011: Yaskawa Electric Corp har för elfordon utvecklat ett drivsystem som bygger på SiC MOSFET som utvecklats av Rohm Co Ltd samt en SiC-Schottkydiod.
* Mars 2011: Företaget II-VI bygger ut sin tillverkning av SiC, för att polera, rena och kapsla SiC-wafers. Investeringen uppgår till 18 miljoner dollar och skapar 100 nya arbetstillfällen.
* April 2011: Fairchild köpte det svenska företaget TranSiC.
* April 2011: Rohm lanserar 10 A Schottky barriärdioder (SBD) för 10 A, med 1,5 V framspänningsfall vid 25°C och med en måttlig förhöjning till bara 1,6 V vid 150°C.
* April 2011: Cree skriver ett globalt licensavtal med Nippon Steel Corp som avser SiC-material.

Verkliga komponenter
Marknadens SiC-komponenter omfattar idag såväl Schottkydioder som MOSFET, JFET och bipolära transistorer. Dessa används kommersiellt i produkter för luftkonditionering, i motordrivkretsar och i frekvensriktare för solceller.
Mycket ansträngning läggs nu på att utforma kapslingstekniker för att tillvara kiselkarbidens goda egenskaper vad gäller värmetålighet och högfrekvensegenskaper.
Philippe Roussel konstaterade att det just nu pågår en koncentration och en förvandling som berör följande bolag:
* Rohm – SiCrystal
* Power Integration – SemiSouth
* Fairchild – Transic
* Cree – Nippon Steel

Växande marknad
I år växer marknaden för högeffektkomponenter med ca 6,5 procent för att hålla sig kring 8 procents årlig tillväxt under åren 2012-2015, enligt Yole. SiC kan teoretiskt set göra inbrytningar inom såväl diskreta komponenter som moduler. Och komponenter innebär här IGBT, bipolära transistorer, GTO, IGTC, GTC, tyristorer, MOSFET och likriktare.

Mest för högspänning
Bland komponenter för spänningar under 900 V kommer SiC möta stark konkurrens från vanliga kiselkomponenter samt komponenter i galliumnitrid, GaN. Kostnaden är ofta avgörande. Segmentet under 900 V står för 67 procent av den totala marknaden för effektkomponenter enligt Yole Développement.
I de tre övriga segment som här nämns har SiC goda chanser att komma in, i applikationer som inte är så kostnadskänsliga och där man kan dra nytta av de värden som SiC tillför:
* Medelhöga spänningar, 1,2 – 1,7 kV, motsvarande 19 procent av marknaden för krafthalvledare.
* Högspänning, 2 till 3,3 kV, motsvarande 11 procent.
* Mycket höga spänningar, högre än 3,3 kV, motsvarande 3 procent.

Många satsar på SiC
Enligt Yole Développement satsar alla av de 15 största tillverkarna av effekthalvledare på att komplettera med kiselkarbid och/eller galliumnitrid.
I sammanställningen från 2009 hade Infineon störst omsättning, 2465 miljoner dollar, följt av ST Micro, med 2370 miljoner dollar i omsättning. I siffrorna ingår diskreta effektkomponenter, effekt-IC, effektmoduler samt småsignaltransistorer.
Kiselkarbidkomponenter utgör än så länge en mycket liten del av den totala omsättningen för effekthalvledare. Under 2010 stod försäljningen av SiC-komponenter i världen för 53,3 miljoner dollar. Klart dominerande är Cree, med 29,0 miljoner dollar i försäljning, följt av Infineon med 19 miljoner dollar. STMicro sålde för 2,8 miljoner dollar och SemiSouth för 1,9 miljoner dollar. Övriga aktörer på marknaden sålde för tillsammans 0,6 miljoner dollar.

Stora forskningsprojekt
Philippe Roussel lyfte fram ett antal europeiska forskningsprojekt:
* I Frankrike forskar man på att ta fram SiC- och GaN-likriktare på mycket stora kisel-wafers. Projektet, som finansierades med 14,8 miljoner euro inleddes under 2007 och löper ut i år.
I projektet deltar komponenttillverkaren ST Microelectronics, materialtillverkarna Siltronix, Novasic, Ommic, Picogiga, de offentliga laboratorierna Tours University och CRHEA samt det privata labbet Alcatel-Thales III-V lab. Projektet har namnet G²REC.
* Neuland heter ett tyskt treårigt forskningsprogram som, med 4,7 miljarder euro i stöd från det tyska ministeriet för utbildning och forskning, pågår till och med mitten av 2013. Projektet syftar till att minska förlusterna då el, från exempelvis solceller, matas in i ett intelligent elnät (”grid”-nät). Detta kommer att ske med halvledare i SiC eller GaN på Si.
Deltagande företag i Neuland är Infineon, Aixtron, Azzurro, MicroGaN, SiCrystal och SMA Solar Technologi.
MANSiC är ett tvärvetenskapligt akademiskt- industriellt nätverk arbetar med 3C-SiC på hexagonala substrat. Det 4-åriga projektet ligger inom EUs sjätte ramprogram och löper ut i år, finansierat med 4,5 miljoner dollar.
I MANSiC deltar Linköpings universitet, Acreo AB samt universitet och institut i Frankrike, Tyskland, Grekland, Spanien, Italien och Litauen.
LAST-POWER är finansierat med 4,5 miljoner dollar från European Nanoelectronics Initiative Adviasory Council, ENIAC. Det startade under slutet av 2010 och skall pågå i 42 månader. LAST-POWER är en förkortning av ”Large Area SiC substrates and heTeroepitaxial GaN for POWER applications”.
Från Sverige deltar Acreo AB, avdelning nanoelektronik, SenSiC AB, SEPS Technologies. STMicroelectronics är med i programmet liksom universitetet i Calabrien samt en rad institut i både Italien och Grekland.
I Japan har man nationella forskningsprogram för SiC, indelade i tre generationer: Generation 1 (2005 – 2010) syftar till 1 kV komponenter, Generation 2 för 2-6,5 kV komponenter (för järnvägsmateriel) och Generation 3 för komponenter över 10 kV (för smart grid). Inom programmet Generation (2010 – 2015) utvecklar Fuji, Toshiba och Mitsubishi tillsammans en bipolär MOSFET i 5 kV-området. I Generation 3, som skall pågå 2015 – 2020) kommer man att ta fram 8 tums SiC-skivor och IGBT i SiC.
USA har, med start i år, satt upp ett forskningsprogram för att utveckla laddare med SiC-komponenter för plug in-hybridfordon. Projektet har namnet ”DOE Advanced Research Project Agency-Energy” (ARPA-E). Det amerikanska energidepartementet har lagt grundplåten i satsningen på 3,9 miljoner dollar. Bland fem partners i projektet finns Cree och Toyota med.
I Taiwan bildade, under mars månad, 20 organisationer en allians för att utveckla halvledare med brett (med mer än 1 till 2 eV) bandgap i material som SiC och GaN. Bland alliansmedlemmarna märks det statsunderstödda Industrial Technology Research Institute, ITRI, halvledarföretaget Vanguard International Semiconductor corp samt LED-tillverkaren Epistar Corporation, som också gör epitaxi på wafer. Mot slutet av året tänker alliansen presentera kompletta halvledare, kapslade och testade, för 600 V och tre år senare skall man kunna böra applicera moduler att användas i elbilar, fotogalvaniska (”photovoltaic”) system, distribuerade energisystem och frekvensomriktare (”inverters”).

Större substrat
Utvecklingen av SiC-wafers från 2 till 4, och nu mot 6 tums storlek betyder att man kan producera halvledarkomponenter betydligt billigare än tidigare. Med större ytor kan fler kretsar tillverkas per tidsenhet. Philippe Roussel uttryckte det som:
– Aldrig mer skall man behöva höra att SiC-substratet står för halva kostnaden av en komponent. Detta ligger bakom oss!
Det som tidigare hindrade tillverkning av större wafers var ”micropipes” och dislokationer, av olika slag. Dessa problem har man i stor utsträckning löst.
I år står 4 tums SiC-wafer för 96 procent, 3 tums för 3 procent och 2 tums för 1 procent av den SiC-wafer-yta som totalt processas i världen. År 2020 räknar Yole med att 85 skall produceras på 8 tum och 15 procent på 4 tum.
Priset på wafers beror vilka volymer som de säljs i. I hundratal kan det handla om 6000 dollar för en 4 tums wafer, eller 4500 dollar för en 3 tums wafer. I volymer om fler än 10 000 handlar det i stället om under 1000 dollar, respektive 500 dollar.
Philippe Roussel berättade att försäljningen av SiC-halvledare steg kraftigt under 2010 och att man då underskattade behovet i marknaderna för frekvensomriktare för solceller och för motorstyrning.
– År 2020 kommer SiC-marknaden att vara värd en miljard dollar. Är inte detta attraktivt, blev hans avslutande, retoriska fråga.

Två eldsjälar
De två eldsjälarna bakom kiselkarbidkonferensen var Christoffer Vieider, Acreo, och Bo Hammarlund, SenSiC AB. Övriga organisatörer var Yole Développement, Enterprise Europé Network, KTH och EPE.
Sponsorer var ABB, Alstrom, Bombardier, Cree, Infineon, TranSiC (numera tillhörande Fairchild), Micronews och Elektronik i Norden.

Filed under: Teknikartiklar