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从航母到理想的L9,为什么要用这些材料-bb彩票首页网址,bb彩票官方app下载

时间:2022-06-30 19:23:04 出处:林姗姗 阅读(143)

bb彩票首页网址,bb彩票官方app下载从多晶硅到碳化硅,中国又有新材料反击战。

bb彩票首页网址,bb彩票官方app下载来源:亿欧网

bb彩票首页网址,bb彩票官方app下载文|陈俊义马伟松袁敬明

bb彩票首页网址,bb彩票官方app下载编辑 |永远明亮

标题图片|Pixabay

福建舰下水,不少军迷欢呼。

一系列问题接踵而至:为什么不用核能,电磁弹射技术是否超越福特级,常规电力如何分配电力,航母上有哪些新技术值得讨论……

事实上,很多新技术在民用领域逐渐成熟后,可以在航母建造中发挥重要作用。

例如,碳化硅(SiC)作为一种由硅和碳键合而成的类陶瓷化合物,在自然界中一般以莫桑石等矿物的形式存在。航母甲板的耐火涂层将使用碳化硅复合材料;航母上的相控阵雷达需要使用基于碳化硅(SiC)的大功率接收/发射组件,使雷达具有更远的探测距离和更高的目标分辨率。更高;甚至在太空中监控航空母舰的卫星也使用碳化硅镜。

2018年,长春光机所研制出直径4.03米的高精度碳化硅非球面镜。有外媒报道称,该反光板被发射到太空,甚至某国航母甲板上的裂缝也清晰可见。

用于耐火涂层和镜子的碳化硅和用于相控雷达的碳化硅实际上是两种不同的材料。前者属于“碳化硅复合材料”,后者属于“第三代半导体碳化硅”,两者的应用领域完全不同。

碳化硅复合材料主要应用于航空航天、核能、轨道交通、光学系统等领域。它们的特点是耐高温、高强度、抗氧化、耐腐蚀、耐冲击、韧性好。碳化硅作为第三代半导体材料,主要用作功率半导体器件的衬底材料,应用于通信、雷达、汽车、高铁、卫星通信、航空航天等场景,如功率控制单元、逆变器、DC-DC转换器、新能源汽车车载充电装置等。

本文主要围绕碳化硅作为第三代半导体材料——中国碳化硅产业能否像光伏产业一样逆袭成功?

为什么是碳化硅?

以碳化硅为代表的第三代半导体具有优异的材料物理性能。早在 2018 年,特斯拉 MODEL 3 就在主逆变器中安装了 24 个意法半导体生产的碳化硅 MOSFET 功率模块。

当时,碳化硅芯片的价格比传统的硅芯片贵十倍左右。特斯拉一直对成本控制极为谨慎,因此采用模块化平台、车身压铸一体成型、电池组优化设计,摒弃激光雷达,尽可能降低成本。相比之下,特斯拉为了提高续航,愿意在碳化硅芯片上花大价钱,可见碳化硅的性能是不可替代的。

中国政府也在积极鼓励碳化硅材料的应用。 2021年,“十四五”等政策提出,我国将加快以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体新材料和技术产业化进程,催生一批快速成长的新材料企业.

据集邦咨询,预计2022年全球碳化硅和氮化镓功率半导体市场规模将达到18.4亿美元,2025年进一步增长至52.9亿美元。Yole发布的Power SiC 2022报告预测,到2027年,碳化硅器件市场规模将超过 70 亿美元,比 2021 年的 10 亿美元增加 60 亿美元。Wolfspeed 援引 Yole 的数据估计,到 2026 年,仅碳化硅材料的市场空间就将达到 17 亿美元。

在不断增长的市场需求下,未来几年全球碳化硅市场将处于高速增长阶段。

此外,在碳中和趋势下,碳化硅有望在新能源汽车、光伏、风电、工控等领域继续渗透。

以新能源汽车为例,根据科锐提供的计算,当纯电动汽车的逆变器中的功率元件改为碳化硅器件时,由于电能转换效率、电能利用效率的提高和无效损耗的减少。热量消耗,整车耗电量可降低5%~10%左右。

中国企业逐渐掌握核心技术

碳化硅未来市场巨大,我国近年来频频出台政策助力碳化硅等第三代半导体产业发展,国内产业链逐渐成熟。

作为第三代半导体产业发展的重要基础材料,碳化硅功率器件以其优异的耐高压、耐高温、低损耗等特性,能够有效满足电力电子系统的高效、小型化和轻量化要求。 .在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域优势明显。

目前,碳化硅基板的主流尺寸为4-6英寸,只有Wolfspeed、II-VI、意法半导体等少数公司成功研发出8英寸基板。其中,美国半导体材料与设备公司Wolfspeed率先掌握了生产8英寸技术、建厂的A公司。

在传统半导体行业,中国与发达国家差距较大;但全球第三代碳化硅半导体仍处于产业化初期,中国与发达国家总体差距不大。同时,受益于我国5G通信、新能源等新兴产业的技术水平和世界领先的产业化规模,国产碳化硅器件巨大的应用市场空间带动了上游半导体材料产业的快速发展。

法国专利分析机构Knowmade 5月发布的《碳化硅产业链知识产权报告》,从衬底、外延、器件、模组等方面梳理了不同国家厂商和研究机构的专利布局,指出在碳化硅领域极具价值的基板,虽然Wolfspeed、II-VI等厂商不断申请新专利,但日本企业住友电工、昭和电工仍占据主导地位,山东天岳、天科和达等中国厂商也已形成一定规模。

据统计,在半绝缘碳化硅衬底方面,2020年全球半绝缘碳化硅衬底市场将高度集中,美国Wolfspeed、II-IV和中国山东天岳占据主导地位,占比总计 98%。 %。

此外,在导电碳化硅衬底方面,虽然美国的Wolfspeed在2020年底仍是最大的,市场份额为62%,但II-VI、SiCrystal、SKSiltron、天科和达等公司已也成功占领了部分市场份额。

可以看出,在碳化硅行业,中国企业正在逐步向上游迈进,逐步掌握核心技术。

在碳化硅专利申请领域,已经有大量中国企业拥有供应链各个环节的知识产权。

例如,在块体碳化硅领域,中国电力科学研究院、山东大学、中科院(上海硅酸盐研究所、物理所、半导体所)等科研院所率先开展了研究。中国碳化硅晶体生长研究.

并在中国科学院上海硅酸盐研究所的支持下,北京世纪金光于2012年建立了首条四英寸中试生产线,并于2016年和2017年获得了北京华金创威电子在大块碳化硅领域的投资。拥有至少 17 项专利发明的知识产权。

近日,中科院物理所也宣布成功研制出单晶型为4H的8英寸碳化硅晶体,晶坯厚度接近19.6毫米,8英寸已加工厚度约为 2 mm 的 SiC 晶片。已申请相关工作。三项中国发明专利。

正是因为中国企业在碳化硅领域不断获得专利,Knowmade在报告中强调,中国企业正在加快专利申请,以支持形成完整的自主可控的国内供应链。中国大陆的专利申请已经覆盖了整个产业链。并形成了较为活跃的知识产权合作网络。

8英寸碳化硅普及至少需要5年时间

随着中国科研机构和中国企业在核心技术上逐渐缩小与Wolfspeed、意法半导体等的差距,中国正在掀起一场“量压倒质”的全球碳化硅产业格局变革。

数量超过质量,并不是说我们不注重高精研发,而是我们用中国更大的市场和更大的产能去追赶中国更大的市场和更大的产能,直到占领碳化硅行业。大部分产能,并占据技术制高点。

比如我国拥有全球最多的5G基站,现在建成的5G基站数量占全球的70%以上。据工信部副部长张云明5月17日介绍,我国已建成近160万个5G基站。中国信息通信研究院副院长王志勤也在行业大会上透露,预计2022年将建设60万个5G基站,到年底5G基站总数将突破200万个。那一年。

全球数量最多的5G基站的能耗是碳化硅可以应用的主要下游市场。

据了解,5G的每比特能耗是4G的1/5,但5G的峰值速率比4G高出20倍,配套设备、天线、站点的数量与4G相比翻了一番。 4G。因此,5G网络的实际能耗要大于4G。 4G网络。 .

数据显示,5G基站的电费占整个网络能耗的80%以上。比如设备发热问题就比较严重。为保证设备稳定运行,机房需配备空调。这样,不仅场地占地大,而且空调能耗高,场地能效通常只有50%~60%。因此,各大运营商纷纷提出建设5G绿色机房和绿色基站,这也为碳化硅应用提供了广阔的市场空间。

虽然中国企业目前在全球市场份额中只占据很小的份额,但 Wolfspeed、Soitec、意法半导体、英飞凌、罗马仍然占据着主要市场。然而,光伏领域的成功逆袭,意味着在碳化硅领域复制“量胜于质”的成功并非不可能。

在多晶硅、硅片等光伏领域,我国技术初步落后于国外,产能占世界总量的比例很小。然而,进入21世纪以来,中国企业一直在迎头赶上。目前,硅材料和硅片占全球产能的70%以上。

据火石创世统计,按2020年营收排名的2021年全球光伏企业20强中,中国企业占据18席。在其他国家,只有韩国的两家公司入选,分别是韩华和美国的First Solar,而且都是收入超过50亿美元的公司入选。榜单前三,隆基、协鑫、晶科,差距巨大。

这只是2020年的收入。2021年中国光伏企业将再次大幅增长,与国外企业的差距将进一步拉大。

作为第三代半导体材料,碳化硅与第一代半导体产业链的国际先进水平相差不远,初步形成了从衬底、外延片到器件、模组的较为完整的产品供应链。在8英寸晶圆上,国际领先厂商还处于起步阶段。

据中国电子报报道,碳化硅领域的龙头厂商都在布局比6英寸更先进的8英寸碳化硅晶圆。 Wolfspeed 在 2015 年展示了 8 英寸碳化硅衬底; Soitec公布了2021年的5年投资计划。在两座新的碳化硅晶圆厂中,一座为6英寸,另一座为8英寸;意法半导体于2019年收购了Norste,并更名为意法半导体碳化硅。硅片生产开发,计划在8英寸碳化硅片上率先制造功率二极管、MOSFET等产品。

然而,碳化硅晶圆向8英寸的升级之路仍充满不确定性。 8英寸碳化硅时代只是黎明,还没有真正到来。 IGBT的发明者B.Jayant Baliga曾指出,与硅基半导体材料相比,碳化硅衬底的生长极其困难和缓慢,8英寸和6英寸碳化硅晶圆的工艺非常不同的。经验并不直接适用于 8 英寸。

虽然 Wolfspeed 已经率先启动了 8 英寸碳化硅晶圆厂的试产,但专业人士预测,整个碳化硅行业真正进入 8 英寸时代还需要 5 到 6 年的过渡时间。

而这些过渡时期也恰好给了中国厂商更多的准备时间。在产业竞争中,5年内往往会发生巨大的变化。

写在最后

新能源汽车是目前碳化硅最重要的应用领域。

蔚来最新车型ES7采用了碳化硅功率模块的第二代高效电驱动平台,不仅效率更高,ES7的百公里加速到3.9秒。

号称“500万元以内最好”的理想L9近日上市。其电驱动系统采用苏州斯科半导体的碳化硅功率模块。 Sko半导体是一家成立于2022年3月的公司,由理想汽车和三安光电共同出资,主要专注于第三代半导体碳化硅汽车芯片模组的研发和生产。

也可以看出,车企也看重碳化硅,并试图涉足碳化硅上游产业链。由于Sko半导体尚未投产,理想L9上的Sko碳化硅功率模块估计来自三安光电的产线。

据介绍,用于新能源汽车的硅基IGBT模块价格约为1500-1700元,而碳化硅MOSFET功率模块的价格约为硅基IGBT模块的2.5-3倍.随着技术的进步,未来还是会有降价的。空间,这也意味着将有更多的新能源汽车可以承载。

当然,中国碳化硅企业要想上演堪比光伏领域的逆袭,不仅要打赢新能源汽车领域的“战争”,还要引领这场战争,将碳化硅普及到更多领域。借助中国巨大的市场需求,我们将再次打造碳化硅逆袭。

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