功率号稳仪

第五届先进高功率电池国际研讨会The 5 th International Conference on Advanced High Power Battery （CHPB-5）时间：2022年11月1-2日地点：中国.苏州主办单位中国化学与物理电源行业协会中国电子科技集团公司第十八研究所承办单位北京中联毅晖国际会展有限公司第一轮通知我们刚刚在苏州召开的第六届先进电池正负极材料国际论坛（ABCA-6）取得了圆满成功，在疫情不稳定的情况下，会议参加人数达到了800人！在此，我们向所有参会人员、演讲嘉宾以及赞助商表达衷心的感谢！ABCA-6是以纯电动汽车动力电池技术发展为主线的会议，主要涉及动力电池正负极材料创新研究与应用的新进展，以及材料产业链创建与发展。对于纯电动汽车而言，动力电池一般是高比能量设计，即具有高的能量密度，确保一次充电的行驶距离；具有长的循环寿命和日历寿命，确保电池总行驶里程超过数十万公里和至少10年以上的使用寿命。ABCA-6论坛充分展示了近年来动力电池关键正负极材料以及辅助材料（导电剂、粘合剂等）研究与应用的新进展，其在确保动力电池比能量、寿命等要求方面起到了越来越重要的作用。尤其是本届会议特邀加拿大著名教授、锂电池专家、美国Tesla公司首席顾问杰夫.丹做了专题演讲，他用大量实验结果阐明，采用合适工艺与配方、特别是电解质添加剂等的优化，使采用NMC三元正极材料的动力电池完全可以满足电动汽车总行驶里程100万公里和使用期数十年，乃至一个世纪的要求，为新能源汽车的可持续发展提供了重要技术支撑。从全球来看，预计到2025年，全球新能源汽车销量将达到1800万辆；到2030年，全球电动汽车销量预计达到3000万辆规模。从国内来看，2021年我国汽车销售量重新转为正增长，销量达到了2628万辆，增幅为3.8%，结束了调整期。按照每年3%至5%的增速预测，到2035年，我国汽车年销量有望达到目前的1.5至2倍，约为4500万辆，再叠加4倍的渗透率成长空间，预计到2035年时，新能源汽车销量有6至8倍的成长空间，发展前景非常广阔。尽管COVID-19疫情依然严重，但来自韩国市场研究机构SNE Research发布的报告显示，2022年1-6月，全球动力电池装机量高达202GWh，较去年的115GWh大幅提升75.65%。随着疫情控制加强，我国汽车产业正在恢复增长，其中新能源汽车稳定保持世界第一的位置。因此，实现由工业和信息化部指导、中国汽车工程学会组织行业1000余名专家历时一年半修订完成的《节能与新能源汽车路线图2.0》中设定的目标是可以期待的。其中到2025年，BEV和PHEV年销量占汽车总销量15%-25%；到2025年混合动力乘用车当年销量占比达到50-60%（平均油耗达到5.6L/100km）。这预示我国未来的动力电池市场会越来越大。2021年中国动力电池的投资已超过万亿，产能扩张到1000 GWh； 2025年中国动力电池出货量将进入TWh时代，产值进入万亿级别。行业研究机构统计显示，2022上半年全球新能源汽车销量约408.7万辆，同比增长65%，相应的全球动力电池装机量为196GWh，同比增长82%。其中，排名前十的电池企业合计约183GWh，占总装机量的94%。相对于我国快速发展的BEV和PHEV市场而言，我国混合动力（微混/轻混和中混/全混）汽车也迎来了快速发展的良好机遇，如珠海COSMX冠宇通过快充电池材料的研究，在持续降低电池容量设计的前提下，大幅提升了12V锂离子电池的功率特性，推出一款“ 小体积、轻量化且低成本的启停电池”，取代目前采用的铅酸电池。不久以前， 中国化学与物理电源行业协会发布了《48V微混锂离子电源系统》（T/CIAPS0019—2022）标准 ，该标准的实施将极大地推进12-48V低电压电池技术与产品在混动车辆上的发展与应用。除混合动力车辆领域的发展需求外，近年来我国在电动工具和无人机装备等领域成为产销大国，由此对高性能、低成本、长寿命、高安全性“先进功率型”电池提出了创新要求， 为行业持续大力推进“新型高功率电池技术发展与推广应用”提供了重要依据。前四届论坛取得了丰硕成果，2022 年将继续举办第五届“先进高功率电池国际研讨会”，在当前我国技术与市场需求持续发展的有力支撑下，在广泛听取了业界的意见和建议基础上，进一步拓展和深化了论坛的内容，具体如下四个方面。1、先进高功率电池体系向多元化或混合体系创新发展：包括由金属氢化物镍电池扩展至锌镍电池，由双层超级电容器扩展至混合型电容器，由铅酸电池扩展至锂离子电池、钠离子电池，以及其它全新的混合电源体系等（如铅酸/功率型锂离子电池，超级电容器/高比能量锂离子电池）。2、增加先进高功率电池材料和化学体系最新研究进展：现有高功率电池综合性能的进一步提升，离不开新型电极材料、其它关键材料和集成创新技术的支撑。本次会议将增加“新型功能性电解质材料，含新型溶剂、盐（含离子液体）、各种添加剂等”和“隔膜材料，如低阻抗隔膜、高热稳定性隔膜或创新性处理技术等”的创新研究与应用等。3、拓展先进高功率先进电池的技术探讨：混合动力用先进功率型电池，不仅关注大电流脉充放电，更关注“大电流脉冲充电（可获取高效率瞬时能量回收），如微混或轻混车辆中使用的48V电池，充电功率要求高于放电功率等；消费者对电池低温充放电性能要求越来越高。因此对电池提升快充电性能、低温大电流充放电的创新技术研究将予以特别交流安排。4、拓展高功率电池应用领域的技术探讨：本届会议将继续围绕微混、轻混和全混合动力汽车、电动工具、无人机、电网储能调频等及相关电池系统的技术需求、创新研究与应用进展开展探讨。一、主要内容1、微混/轻混车辆市场展望及低电压应用（48V以内）的电池技术创新，特别是12&48V新型电池技术进展：1）微混车/轻混车辆市场现状与发展趋势及其对12&48V电池技术创新的要求；2）12&48V高功率锂离子电池或钠离子电池创新技术与应用进展；3）先进铅酸电池的技术进展（包括12&48V铅酸电池）；4）其它可能的48V电池体系及技术进展（如氢镍、锌镍、超级电容器或混合电源等）；5）12&48V电池系统集成技术（包括电性能、安全、循环、环境适应性、可靠性等）；6）12&48V高功率电池的标准化进展；7）适合极端条件下（如-40℃或更低、+50℃或更高等）的高功率电池技术开发与应用等。2、混合动力车辆（中混/全混）市场展望及高电压应用（100-300V或更高）的先进电池及体系创新技术进展：1）混合动力车辆市场发展现状及趋势分析；2）功率型金属氢化物镍电池技术及其在混合动力车辆上的应用新进展；3）其它功率型电池（锂离子、钠离子、锌镍、铅碳、超级电容器、锂离子超级电容器及其混合电源体系等）技术发展及其在混合动力车辆上的应用新进展；4）功率型电池系统集成技术（包括电性能、安全、循环、环境适应性、可靠性等）；5）功率型电池的评价技术及相关标准等。3、电动工具市场趋势及其对功率型电池的新要求：1）电动工具市场（包括北美、欧洲、亚太、拉美等地区市场）发展现状及趋势分析；2）功率型电池技术（包括锂离子和锌镍等电池技术）进展；3）超大电流持续放电对功率型锂离子电池应用的新挑战；4）电动工具用锂离子电池的能量密度和功率密度的发展趋势；5）电动工具的使用工况与功率型电池和电池包（块）的技术指标要求与评价技术。4、无人机市场趋势及其对功率/能量兼顾型电池的新要求：1）无人机市场趋势分析，包括消费级、行业级和农用级等；2）锂离子电池提升能量密度的技术方案及发展规划；3）全（半）固态电池的技术方案及发展规划；4）电池极限低温环境下充放电能力的研究进展；5）电池极限高温环境下长循环寿命的研究进展等。5、电网储能调频市场趋势及其对功率型电池的新要求6、起吊设备市场趋势及其对功率型电池的新要求7、列车高牵引力市场趋势及其对功率/能量型电池的新要求8、先进高功率电池的关键材料技术创新与应用进展：1）先进高功率电池新型正负极材料的研究与应用进展；2）降低高功率电池内部阻抗的关键材料研究与应用进展，包括高导电率电解质，高导电电极添加剂如碳纳米管、科琴黑等，低电阻粘合剂，高导电集流体，高强度/低离子电阻薄型隔膜等的研究与应用等；3）先进高功率电池全新正负极材料体系研究与应用进展等。9、提升先进高功率电池在高充电倍率下的充电接受能力：1）各种先进高功率电池的充电性能比较；2）镍氢高功率电池的充电行为与性能提升研究进展（在宽广温度区间）；3）锌镍高功率电池的充电行为与性能提升研究进展（在宽广温度区间）；4）锂离子高功率电池的充电行为与性能提升研究进展（在宽广温度区间）；5）超级电容器的充电行为与性能提升研究进展（在宽广温度区间）；6）其它新型高功率电池的充电行为与性能提升研究进展（在宽广温度区间）等。二、会议会期与方式：以大会演讲方式进行，会议安排两天技术交流（关于设立分会场、看报告数量）。三、会议征文：1、大会报告遴选：采取邀请、推荐与投稿相结合，特别欢迎踊跃投稿；2、投稿或推荐安排；1）凡期望能够在本次会议上发表论文单位与个人，均可直接投稿或推荐演讲人及题目（包括推荐国外人员）；2）投稿时只需先交上题目与摘要（说明涉及的主要成果内涵，最长一页纸）；3）推荐演讲人时，请写明演讲人姓名、国家、主要从事研究内容以及详细联系方法（电子邮件地址）；3、推荐演讲人截止时间定于2022年9月25日；个人或单位投稿截止时间初定2022年10月10日。四、会议注册费：2022年10月25日前报名并交费：2800元/人2022年10月25日后报名及现场交费：3400元/人银行账号：单位名称：中国化学与物理电源行业协会地址：天津市滨海新区华苑产业区（环外）海泰华科七路6号开户行：中国银行天津西青支行开票注意事项：如果需要增值税专用发票，请提供单位名称、税号、地址、电话、开户行、账号。2022年11月后及现场交费的，增值税专用发票将于报到现场领取。正式注册代表享有：1、会议提供的资料及参会胸卡；2、会议茶歇提供的饮料及点心；3、会议提供的自助午餐；4、参加会议与讨论以及会议组织的活动；5、会后会议提供的总结报告 6、优惠的会议用房；7、会员单位代表参会可享受10%注册费优惠（仅限于2022年10月25日前报名并交费）。五、会议赞助：为了共同办好这次论坛，热烈欢迎各企业、科研院所,特别是大型电池/材料企业以及为电池/材料企业提供设备/仪器和服务的厂家赞助本次会议，并借此机会提高公司或单位的知名度。有关赞助事宜，请联系会议组委会。赞助商：本次会议设置总冠名、专场冠名、晚宴冠名、白金赞助商等赞助形式，赞助商根据不同的形式可分别享受到相应的权益。参展商：每个展位费用20000元（往届展商九折优惠），双开口展位23000元。包括2人的用餐、展台搭建、资料费用等。六、组委会联系方式：中国化学与物理电源行业协会E-mail:luhui@ciaps.org.cn北京中联毅晖国际会展有限公司E-mail:shaojie@sinobattery.com.cn中国化学与物理电源行业协会2022年8月30日

经过多年的研发，几家供应商正在接近出货基于下一代宽带隙技术的功率半导体和其他产品。这些器件利用了新材料的特性，例如氮化铝、金刚石和氧化镓，它们还用于不同的结构，例如垂直氮化镓功率器件。但是，尽管其中许多技术拥有超过当今功率半导体器件的特性，但它们在从实验室转移到晶圆厂的过程中也将面临挑战。功率半导体通常是专用晶体管，在汽车、电源、太阳能和火车等高压应用中用作开关。这些设备允许电流在“开”状态下流动，并在“关”状态下停止。它们提高了效率并最大限度地减少了系统中的能量损失。多年来，功率半导体市场一直由使用传统硅材料的器件主导。硅基功率器件成熟且价格低廉，但它们也达到了理论极限。这就是为什么人们对使用宽带隙材料的设备产生浓厚兴趣的原因，这种材料可以超越当今硅基设备的性能。多年来，供应商一直在出货基于两种宽带隙技术——氮化镓 (GaN) 和碳化硅(SiC) 的功率半导体器件。使用 GaN 和 SiC 材料的功率器件比硅基器件更快、更高效。几家供应商一直在使用下一代宽带隙技术开发设备。这些材料，例如氮化铝、金刚石和氧化镓，都具有比 GaN 和 SiC 更大的带隙能量，这意味着它们可以在系统中承受更高的电压。今天，一些供应商正在运送使用氮化铝的专用 LED。其他人计划在 2022 年推出第一波围绕新材料制造的功率器件，但也存在一些挑战。所有这些技术都有各种缺点和制造问题。即使它们投入生产，这些设备也不会取代今天的功率半导体，无论是硅、GaN 还是 SiC。“它们提供了令人难以置信的高性能，但在晶圆尺寸方面非常有限，” Lam Research战略营销董事总经理 David Haynes 说。“它们在很大程度上更具学术性而不是商业利益，但随着技术的进步，这种情况正在发生变化。但基板尺寸小且与主流半导体制造技术缺乏兼容性意味着它们可能只会用于极高性能设备的小批量生产，尤其是智能电网基础设施、可再生能源和铁路等要求严苛的应用。”尽管如此，这里还是有一波活动，包括：NexGen、Odyssey Semiconductor 和其他公司正在准备第一个垂直 GaN 器件。Novel Crystal Technology (NCT) 将推出使用氧化镓的功率器件。Kyma 和 NCT 正在这里开发子状态。基于金刚石和氮化铝的产品正在发货。什么是功率半导体？功率半导体在电力电子设备中用于控制和转换系统中的电力。它们几乎可以在每个系统中找到，例如汽车、手机、电源、太阳能逆变器、火车、风力涡轮机等。功率半导体有多种类型，每一种都用带有“V”或电压的数字表示。“V”是器件中允许的最大工作电压。当今的功率半导体市场由基于硅的器件主导，其中包括功率 MOSFET、超结功率 MOSFET 和绝缘栅双极晶体管(IGBT)。功率 MOSFET 用于低压、10 至 500 伏的应用，例如适配器和电源。超结功率 MOSFET 用于 500 至 900 伏应用。同时，领先的中端功率半导体器件 IGBT 用于 1.2 千伏至 6.6 千伏应用，尤其是汽车应用。英飞凌销售、营销和分销高级副总裁 Shawn Slusser 表示：“IGBT 功率模型基本上正在取代汽车中的燃油喷射器。“它们从电池向电机供电。”IGBT 和 MOSFET 被广泛使用，但它们也达到了极限。这就是宽带隙技术的用武之地。“带隙是指半导体中价带顶部和导带底部之间的能量差异，”英飞凌表示。“更大的距离允许宽带隙半导体功率器件在更高的电压、温度和频率下运行。”硅基器件的带隙为 1.1 eV。相比之下，SiC 的带隙为 3.2 eV，而 GaN 的带隙为 3.4 eV。与硅相比，这两种材料使设备具有更高的效率和更小的外形尺寸，但它们也更昂贵。每种设备类型都不同。例如，有两种 SiC 器件类型——SiC MOSFET 和二极管。SiC MOSFET 是功率开关晶体管。碳化硅二极管在一个方向传递电流并在相反方向阻止电流。针对 600 伏至 10 千伏应用，碳化硅功率器件采用垂直结构。源极和栅极在器件的顶部，而漏极在底部。当施加正栅极电压时，电流在源极和漏极之间流动。碳化硅在 150 毫米晶圆厂制造。过去几年，碳化硅功率半导体已投入批量生产。Onto Innovation营销总监 Paul Knutrud 表示：“碳化硅具有高击穿场强、热导率和效率，是电动汽车功率转换芯片的理想选择。开发垂直 GaN几家供应商一直在开发基于下一代材料和结构的产品，例如氮化铝、金刚石、氧化镓和垂直 GaN。在多年的研发中，垂直 GaN 器件大有可为。GaN 是一种二元 III-V 族材料，用于生产 LED、功率开关晶体管和射频器件。GaN 的击穿场是硅的 10 倍。“高功率和高开关速度是 GaN 的主要优势，”Onto 的 Knutrud 说。今天的 GaN 功率开关器件在 150 毫米晶圆厂制造，基于高电子迁移率晶体管 (HEMT)。GaN 器件是横向结构。源极、栅极和漏极位于结构的顶部。横向 GaN 器件已投入量产。一些公司正在将 GaN 器件在 200 毫米晶圆厂投入生产。“对于 GaN，它是 GaN-on-silicon 技术在 200mm 和未来甚至 300mm 上改进的性能，这是技术发展的基础，”Lam 的 Haynes 说。今天的 GaN 器件使用硅或 SiC 衬底。衬底顶部是一层薄薄的氮化铝 (AlN)，然后是 AIGaN 缓冲层，然后是 GaN 层。然后，在 GaN 顶部沉积薄的 AlGaN 势垒层，形成应变层。如今，有几家公司参与了 GaN 功率半导体市场。今天的横向 GaN 功率半导体器件在 15 到 900 伏的电压范围内运行，但在这些电压之外运行这些器件存在若干技术挑战。一方面，不同层之间存在不匹配。“这真的只是因为当你在不同的衬底上生长 GaN 时，你最终会因两种晶格之间的不匹配而产生大量缺陷。每平方厘米的许多缺陷会导致过早击穿和可靠性问题，”Odyssey Semiconductor 的 CTO Rick Brown 说。解决这些问题的工作正在进行中，但横向 GaN 目前停留在 1,000 伏以下。这就是垂直 GaN 适合的地方。它承诺在 1,200 伏及以上电压下运行。与其他功率半导体器件一样，垂直 GaN 器件在器件顶部有一个源极和栅极，底部有一个漏极。此外，垂直 GaN 器件使用块状 GaN 衬底或 GaN-on-GaN。据 Odyssey 称，GaN 衬底允许垂直传导的 GaN 晶体管具有更少的缺陷。“如果你看硅基高压器件和碳化硅高压器件，它们都是垂直拓扑。出于多种原因，它是高压设备的首选拓扑。它占用的面积更小，从而降低了电容，并且将高压端子置于晶圆的另一侧而不是栅极端子具有固有的安全因素，”Brown说。目前，Kyma、NexGen、Odyssey、Sandia 和其他公司正在研究垂直 GaN 器件。Kyma 和 Odyssey 正在增加 100 毫米（4 英寸）体 GaN 衬底。“垂直 GaN 正在出现，我们正在向研究人员和实验室出售产品，”Kyma 的首席技术官 Jacob Leach 说。“该行业在制作外延片方面遇到了一些挑战。我们有不同的技术。我们能够以低廉的成本制造垂直 GaN 所需的薄膜。”GaN衬底已准备就绪，但垂直GaN器件本身很难开发。例如，制造这些器件需要一个离子注入步骤，在器件中注入掺杂剂。“人们没有对 GaN 使用垂直导电拓扑的唯一原因是没有一种很好的方法来进行杂质掺杂。Odyssey已经找到了解决办法，”该公司的Brown说。Odyssey 正在其自己的 4 英寸晶圆厂中开发垂直 GaN 功率开关器件。计划是在 2022 年初发货。其他人的目标是在同一时期。“我们有垂直导电的 GaN 器件。我们已经证明了 pn 结，”Odyssey 首席执行官 Alex Behfar 说。“我们的第一个产品是 1,200 伏，可能是 1,200 到 1,500 伏。但是我们的路线图将我们一直带到 10,000 伏。由于电容和其他一些问题，我们希望在碳化硅无法访问的频率和电压范围内做出贡献。近期，我们希望能够为工业电机和太阳能提供设备。我们希望给电动汽车制造商机会，进一步提高车辆的续航里程。那是通过减轻系统的重量并拥有性能更好的设备。从长远来看，我们希望实现移动充电等功能。”如果或当垂直 GaN 器件兴起时，这些产品不会取代今天的横向 GaN 或 SiC 功率半导体，也不会取代硅基功率器件。但如果该技术能够克服一些挑战，垂直 GaN 器件将占有一席之地。联电技术开发高级总监 Seanchy Chiu 表示：“Bulk GaN 衬底上的 GaN 垂直器件为可能的下一代电力电子设备带来了一些兴奋，但还有一些关键问题需要解决。” “基于物理学，垂直功率器件总能比横向器件驱动更高的功率输出。但是 GaN 体衬底仍然很昂贵，而且晶圆尺寸仅限于 4 英寸。纯代工厂正在使用 6 英寸和 8 英寸工艺制造具有竞争力的功率器件。由于其垂直载流子传输，需要控制衬底晶体的质量并尽量减少缺陷。”还有其他问题。“GaN衬底比SiC衬底更昂贵，GaN中垂直方向的电子传导仅与SiC大致相同，”横向GaN功率半导体供应商EPC的首席执行官Alex Lidow说。“与 SiC 相比，GaN 中的电子横向迁移率高 3 倍，但垂直方向的迁移率相同。此外，碳化硅的热传导效率高出三倍。这对垂直 GaN 器件几乎没有动力。”氧化镓半导体同时，几家公司、政府机构、研发组织和大学正在研究β-氧化镓 (β-Ga2O3)，这是一种有前途的超宽带隙技术，已经研发了好几年。Kyma 表示，氧化镓是一种无机化合物，带隙为 4.8 至 4.9 eV，比硅大 3,000 倍，比碳化硅大 8 倍，比氮化镓大 4 倍。Kyma 表示，氧化镓还具有 8MV/cm 的高击穿场和良好的电子迁移率。氧化镓也有一些缺点。这就是为什么基于氧化镓的设备仍处于研发阶段且尚未商业化的原因。尽管如此，一段时间以来，一些供应商一直在销售基于该技术的晶圆用于研发目的。此外，业界正在研究基于氧化镓的半导体功率器件，例如肖特基势垒二极管和晶体管。其他应用包括深紫外光电探测器。Flosfia、Kyma、Northrop Grumman Synoptics、NCT 和其他公司正在研究氧化镓。美国空军和能源部以及几所大学都在追求它。Kyma 已开发出直径为 1 英寸的氧化镓硅片，而 NCT 则在运送 2 英寸硅片。NCT 最近开发了使用熔体生长方法的 4 英寸氧化镓外延硅片。“氧化镓在过去几年取得了进展，这主要是因为您可以生成高质量的基板。因此，您可以通过标准的直拉法或其他类型的液相生长法来生长氧化镓晶锭，”Kyma 的 Leach 说。这是半导体工业中广泛使用的晶体生长方法。最大的挑战是制造基于该技术的功率器件。“氧化镓的挑战是双重的。首先，我没有看到真正的 p 型掺杂的方法。您可能能够制作 p 型薄膜，但您不会获得任何空穴导电性。因此，制造双极器件是不可能的。您仍然可以制造单极器件。人们正在研究二极管以及氧化镓中的 HEMT 型结构。有反对者说，' 如果你没有 p 型，那就忘记它。这只是意味着它在该领域没有那么多应用，”Leach 说。“第二大是导热性。氧化镓相当低。对于高功率类型的应用程序来说，这可能是一个问题。在转换中，我不知道这是否会成为杀手。人们正在做工程工作，将氧化镓与碳化硅或金刚石结合，以提高热性能。”尽管如此，该行业仍在研究设备。“第一个采用氧化镓的功率器件将是肖特基势垒二极管 (SBD)。我们正在开发 SBD，目标是在 2022 年开始销售，”NCT 公司官员兼销售高级经理 Takekazu Masui 说。NCT 还在开发基于该技术的高压垂直晶体管。在 NCT 的工艺中，该公司开发了氧化镓衬底。然后，它在硅片上形成薄外延层。该层的厚度范围可以从 5μm 到 10μm。通过采用低施主浓度和40μm厚膜的外延层作为漂移层，NCT实现了4.2 kV的击穿电压。该公司计划到 2025 年生产 600 至 1,200 伏的氧化镓晶体管。NCT 已经克服了氧化镓的一些挑战。“关于导热性，我们已经确认可以通过使元件像其他半导体一样更薄来获得可以投入实际使用的热阻。所以我们认为这不会是一个主要问题，”增井说。“NCT 正在开发两种 p 型方法。一种是制作氧化镓p型，另一种是使用氧化镍和氧化铜等其他氧化物半导体作为p型材料。”展望未来，该公司希望开发使用更大基板的设备以降低成本。减少缺陷是另一个目标。金刚石、氮化铝技术多年来，业界一直在寻找可能是终极功率器件 — 金刚石。金刚石具有宽带隙 (5.5 eV)、高击穿场 (20MV/cm) 和高热导率 (24W/cm.K)。金刚石是碳的亚稳态同素异形体。对于电子应用，该行业使用通过沉积工艺生长的合成钻石。金刚石用于工业应用。在研发领域，公司和大学多年来一直致力于研究金刚石场效应晶体管，但目前尚不清楚它们是否会搬出实验室。AKHAN Semiconductor 已开发出金刚石基板和镀膜玻璃。设备级开发处于研发阶段。“AKHAN 已经实现了 300 毫米金刚石晶圆，以支持更先进的芯片需求，”AKHAN 半导体创始人 Adam Khan 说。“在高功率应用中，金刚石 FET 的性能优于其他宽带隙材料。虽然 AKHAN 的兴奋剂成就是巨大的，但围绕客户期望制造设备需要大量的研发、技术技能和时间。”该技术有多种变化。例如，大阪市立大学已经展示了在金刚石衬底上结合 GaN 的能力，创造了金刚石上的 GaN 半导体技术。氮化铝 (AlN) 也是令人感兴趣的。AlN 是一种化合物半导体，带隙为 6.1 eV。据 AlN 衬底供应商 HexaTech 称，AlN 的场强接近 15MV/cm，是任何已知半导体材料中最高的。Stanley Electric 子公司 HexaTech 业务发展副总裁 Gregory Mills 表示：“AlN 适用于波段边缘低至约 205nm 的极短波长、深紫外光电子设备。“除了金刚石之外，AlN 具有这些材料中最高的热导率，可实现卓越的高功率和高频设备性能。AlN 还具有独特的压电能力，可用于许多传感器和射频应用。”几家供应商可提供直径为 1 英寸和 2 英寸的 AlN 晶片。AlN 已经开始受到关注。Stanley Electric 和其他公司正在使用 AlN 晶片生产紫外线 LED (UV LED)。这些专用 LED 用于消毒和净化应用。据 HexaTech 称，当微生物暴露在 200 纳米到 280 纳米之间的波长下时，UV-C 能量会破坏病原体。“正如我们所说，基于单晶 AlN 衬底的设备正在从研发过渡到商业产品，这取决于应用领域，”米尔斯说。“其中第一个是深紫外光电子学，特别是 UV-C LED，由于它们具有杀菌和灭活病原体（包括 SARS-CoV-2 病毒）的能力，因此需求激增。”多年前，HexaTech 因开发氮化铝功率半导体而获得美国能源部颁发的奖项。这里有几个挑战。首先，基板昂贵。“我不知道氮化铝在这里有多大意义，因为它在 n 型和 p 型掺杂方面都有问题，”Kyma 的 Leach 说。结论尽管如此，基于各种下一代材料和结构的设备正在取得进展。他们有一些令人印象深刻的属性。但他们必须克服许多问题。EPC 的 Lidow 说：“这意味着将需要大量资本投资才能将它们投入批量生产。” “额外的好处和可用市场的规模需要证明大量资本投资的合理性。

近日，住友矿山表示，计划量产新一代功率半导体晶圆，而且会使用自主研发的最新技术将价格降低10%到20%。住友矿山希望凭借这种新型碳化硅晶圆抢占美国科锐等领先企业的市场，使全球份额占比达到10%，预计2025年实现月产1万片。住友矿山是全球最大的车载电池正极材料厂商，拥有物质结晶技术，现将利用其他业务所培育出的技术实力进入半导体材料领域。据了解，住友矿山所开发的技术是在因结晶不规则而导致价格较低的残次品“多晶碳化硅”上贴一层可以降低发电损耗的“单晶碳化硅”可将价格降低10%~20%。纯电动汽车的逆变器在采用这款新型晶圆所制成的碳化硅功率半导体时，能将电力损耗降低10%左右。通过提高功率半导体的性能，减小整个单个装置的尺寸，有利于延长纯电动汽车的续航里程。从技术的角度来说，与硅基功率器件制作工艺不同，碳化硅器件不能直接制作在碳化硅单晶材料上，需要在导通型单晶衬底上额外生长高质量的外延材料，最后在外延层上制造各类器件。传统的碳化硅外延基于单晶衬底，以实现晶格匹配和降低缺陷密度（微管、位错、层错等），但是单晶碳化衬底制备的成本较高。“住友矿山可实现从多晶碳化硅衬底上外延单晶硅层材料，在技术与成本上具有明显的优势。”赛迪顾问集成电路中心高级咨询顾问池宪念向《中国电子报》记者表示。而成本方面，相对于硅基材料功率半导体，碳化硅功率半导体能够降低电力功耗，会是功率半导体产品领域未来具有发展潜力的竞品。此外，消费终端的生产对于价格十分敏感，住友矿山碳化硅新晶圆的成本能够降低1~2成，价格优势将会成为住友矿山有效的竞争力之一。随着电动车对碳化硅功率半导体的需求日渐增长，这条新赛道上的竞争也越来越激烈。目前除了美国科锐外，美国II-VI公司及罗姆旗下的德国SiCrystal等也在涉足碳化硅半导体晶圆业务。对于这项新技术是否可以帮助住友矿山抢占科锐市场的问题，池宪念认为，美国科锐公司是全球6/8英寸碳化硅单晶衬底材料可实现产业化的龙头公司，在市场和技术上具有领先优势。如果住友矿山的新一代碳化硅半导体晶圆材料能够通过下游厂商的验证，并实现量产，则其将成为美国科锐公司的有力竞争者。