特斯拉领军，新材料碳化硅在电动车市场需求起飞

电动车已成为汽车市场主流，多数电动车仍是以硅材料的 IGBT 来作逆变器芯片模组，是功率半导体在电动车领域的技术主流。但自从特斯拉 Tesla 推出 Model 3，在逆变器模组上采用碳化硅 SiC 后，碳化硅这类新型半导体材料越来越受重视。

传统的硅材料具有工艺成熟度高、成本低等优点，但受到物理天性限制，在高压、高温等应用场景下，硅材料逐渐面临挑战，也让第三代半导体材料开始受到重视。

尤其是碳化硅 SiC，相较于硅材料具有高耐压、高速动作、热传导率快等优势，能在严苛环境下稳定操作，成为使用在电动车中提升续航里程的关键因素。

然而，碳化硅最大缺点是产量低、成本高，目前仅能供应利基市场为主。碳化硅最早导入的领域是是太阳能及储能中的逆变器，这几年逐渐渗透到电动车领域中。

Soitec 全球战略执行副总裁 Thomas Piliszczuk 表示，目前汽车行业的大趋势是 CAS E - 互联、自动化、共享和电动化。估计 2030 年 5G 汽车的销量会达到 1600 万，自动化驾驶 L3 及以上车型销量会达到 700 万辆，而电动汽车会达到 2300 万辆，将会带给汽车产业很多变化。

他进一步表示，2007 年以前，电子系统的成本在整个整车成本中，可能只占 20%，预计到 2030 年会达到 50%。

对于 L1 到 L5 等级的自动驾驶而言，在 L1 时自动驾驶的半导体内容成本只有约 150 美金，到 L3 等级提升至 600 美金，上升到 L4、L5 等级，整车的半导体占成本将会达到 1200 美金，且一部分成本是用在功率 MOSFET，比如碳化硅即是一例。

Soitec 的Smart Cut 技术，已经开发出多种优化衬底来满足不同市场应用的需求。目前该技术已广泛应用于 SOI 衬底的批量生产，包括FD-SOI、RF-SOI、Power-SOI、Photonics-SOI 和 Imager-SOI。

Soitec 表示，Smart Cut 技术是晶圆键合和分离技术，它能将超薄的晶体材料从一个衬底转移到另一个衬底之上，从而打破原有的物理限制并改变整个衬底行业的状况。

可以把 Smart Cut 技术比喻成一把锋利的纳米刀，能够堆叠非常薄（10-100nm）且均匀的半导体材料晶体层，打破原有金属之间沉积层的限制，同时确保原子网格上各层的厚度均匀一致，之后再结合工艺优化，包括注入、分离、抛光、减薄等程序。

Soitec 的 Smart Cut 技术从 1992 年公司成立就一直使用至今，在硅、碳化硅、蓝宝石衬底等各种半导体材料中都得到了实践应用。该技术最大的优点在于可提高材料均匀性，降低材料的缺陷密度，以及使高质量的晶圆循环再利用。

Smart Cut 技术应用包括 RF-SOI、POI 用于滤波器，还有 FD-SOI 广泛的应用在汽车的互联中; 另外像是 5G、WiFi、GPS 与一些汽车上面的系统，都会广泛使用 RF-SOI 、POI 和 FD-SOI。

目前已经有越来越多的半导体厂开始采用 FD-SOI 技术，包括格芯 GlobalFoundries、三星、瑞萨、意法半导体等。

同时，FD-SOI 技术也导入许多汽车应用中，比如 Arbe Robotics 公司的 4D 成像雷达，就是在 22nm 的 FD-SOI 功率上实现的；Mobileye Eye Q4 的视觉处理器是采用 28nm 的 FD-SOI 技术。

不过，目前碳化硅最大问题是在产量低、成本高。

针对这点，Piliszczuk 表示，Soitec 基于 Smart Cut 技术的碳化硅解决方案项目处于研发阶段，但很快会向客户发送第一批样品，主要是 6 寸晶圆的解决方案，未来会逐渐往 8 寸晶圆迈进。

对于 Soitec 各项业务进展，Piliszczuk 表示，看好几块市场包括智能手机、物联网、边缘计算、汽车、数据中心等，这几大市场的发展由 5G、AI、能源效率这三大技术趋势推动，而这三大趋势也是 Soitec 发展的主要支柱。

Soitec 在 2020 财年销售额达到 6 亿欧元，年增长为 28%，公司几大类产品的发展如下：

第一是 RF-SOI：主要服务于 5G 智能手机的射频前端模块的标准。

估计 2020 年 5G 的智能手机出货量预计在 2 亿台左右。2020 年全球智能手机出货量下降约 10%，但 5G 智能手机里面 RF-SOI 的内容比例却增加，正好弥补了手机市场下降的 10%。

第二是 FD-SOI：使用的范围包括汽车、物联网、智能家居、智能手机等。

同时，FD-SOI 可以用于带嵌入式内存的低功耗 FPGA 平台，用于高效多线程的驾驶辅助处理器，还有边缘计算当中的语音处理器，以及其他的微控制单元。

第三是特殊 SOI：主要服务于汽车市场、面部识别、数据中心市场。

其中，Power-SOI 是用于汽车的管理控制系统; Imager-SOI 主要用于面部识别和 3D 传感，未来市场的发展很大程度上取决于人脸 ID 识别的智能手机这块市场的推动。

第四是滤波器的业务：主要是为 POI 衬底建立一个声表滤波器的标准，能够满足 4G 和 5G 智能手机需求。