详解碳化硅战略和先进技术
近日，在罗姆举办2023年媒体线上交流会上，罗姆半导体（上海）有限公司市场宣传课高级经理张嘉煜、技术中心副总经理周劲介绍了罗姆公司最新动态和碳化硅功率器件的发展，特别是第四代碳化硅技术。
罗姆的业绩和未来预期
罗姆集团社长松本提出的最新企业宣言是成为用电子器件——产品的节能和小型化——解决社会问题的企业。在节能和高转换效率方面，罗姆针对全球平均气温不断上升的问题，希望通过碳化硅等具有高转换效率的产品为节能和实现无碳社会作出贡献。
张嘉煜指出，罗姆拥有功率电子器件和电源领域的核心技术，尤其是世界先进的碳化硅材料以及硅、氮化镓等技术，打造了高效处理电力的功率半导体器件，以满足可再生能源和工业设备不断扩大的需求。罗姆利用IDM（垂直统合型生产体系）和品质保证，100%覆盖整个碳化硅加工过程和各种产品形式，涵盖从材料基板到晶圆、元器件、裸芯片，再到分立产品和模块的全过程，能够根据客户的多样化要求以不同供应形式交货。
他介绍说，2022财年（2022年4月1日-2023年3月31日）上半期财报显示，罗姆集团销售额为2600亿日元左右（折合130亿人民币），营业利润为504亿日元，纯利润521亿日元；实际销售额提高了16.7%，营业利润提高了46%，包括主营业务之外其他业务在内的经常利润达到87%，纯利润增长了70%。这些销售额增长来自于汽车、工业设备及计算机和储存设备领域，增长都在20%以上。日本本土增长近10%，中国21.6%，欧洲也有近33%的增长。
2022财年下半期预估整体销售额为5200亿日元，营业利润900亿日元，纯利润800亿日元，和上一年相比增长预期为10%-40%。预估汽车市场仍是增长速度较快的领域，整年销售额增长将在24%以上，其次是计算机和存储设备可达20%，工业也能有10%的增长，消费电子是4.6%。地区方面，整年预估中国销售额增长会在30%以上。
为了满足市场需求，罗姆正在不断地进行设备投资等，2022年度做了比较大的设备投资计划，尤其是主营的功率元器件方面，销售额目标是复合年增长25%，尤其是碳化硅方面增长预期较高。
张嘉煜表示，在碳化硅市场，罗姆2025年度的销售额目标将超过1100亿日元。预计从2024-2026三个年度有近9000亿日元的市场有待开拓。为了实现这样的目标，罗姆正在不断进行碳化硅方面的投资，除了将美洲作为主要市场，欧洲和中国也是主要目标市场。
罗姆碳化硅技术的演进
周劲介绍了罗姆SiC MOSFET技术、第4代产品以及产品特点、应用场合及应用支持方面的内容。
他表示，在SiC开发方面，罗姆有着20多年的历史，从2000年开始研发碳化硅产品，2009年罗姆通过收购全球排名前列的碳化硅衬底供应商SiCrystal完成了整个IDM生产过程。2010年在全球首家进行了碳化硅SBD和MOSFET的量产，2021年发布了第4代沟槽SiC MOSFET，2023年实现8英寸碳化硅衬底的量产，之后会陆续推出牵引功率模块产品。
在市场方面，主要包括电动汽车OBC、DC-DC、主驱动器和燃料电池相关的应用，这些在罗姆销售额中有比较大的占比；另外还有工业大型电机、感应加热器、高频加热器、电池检验设备等。汽车和工业两个市场占了罗姆碳化硅业务的60%-70%，今后在太阳能、蓄电、UPS及服务器、基站等方面也将着力推广。面对市场急剧增长的需求，罗姆制定了大幅度提升产能的计划，相比2021年，预计2025年产能将提升6倍，到2030年提升25倍。
他说，第4代碳化硅是罗姆在2021年实现量产的产品，通过业内先进的低导通电阻技术，在元件设计、沟槽结构都有强化，导通电阻（RonA）方面较第3代下降40%，今后的计划是2025年、2028年分别再降30%，实现第5代、第6代产品。
另外，将增加晶圆的直径，提高生产效益，到2023将实现200mm即8英寸衬底量产，另外通过罗姆优良的技术能够实现单个元件尺寸的增加，到2024年会实现50平方毫米的产品，可以支持更高电流输出的需求。
罗姆第4代碳化硅技术优势
他介绍说，罗姆第4代碳化硅技术具有三大优势。第一个优势是低损耗。从第二代到第三代特征导通电阻（RonA）降了50%，从第三代到第四代，目前又降了40%。导通阻抗不断降低，使开关特性得以改善，实现了低损耗。
第四代SiC MOSFET实现了高驱动频率的优势，通过降低开关损耗，还能够实现高驱动频率，使外围器件及散热器小型化。容量比（Crss/Ciss）的改善有助于抑制MOSFET的误开通，以保证芯片更高速的开启和关断。
第二个优势是使用简便。第四代产品的开启推荐栅极驱动电压为8V-15V，使与IGBT等共用栅极驱动电路成为可能。第四代产品采用15V与18V两种驱动电压，在15V的情况下就可以基本满足碳化硅全负载驱动。而在重负载状态下，仍然推荐18V以上的驱动电压。
由于罗姆产品的栅极阈值电压较竞品高，在高温时（结温175℃）时也能避免自开启的风险，无需负偏压，使用也更安心。无需负偏压设计的好处是简化栅极驱动器电路，降低了成本。
第四代SiC MOSFET开关损耗比同类产品小，降低了内部栅极阻值，使外部栅极电阻的调整范围更大，电路设计也比较灵活。
第三个优势是高可靠性。第四代SiC MOSFET采用独特的器件结构突破了RonA与短路耐受时间的折中限制，成功延长了短路耐受时间。
上述三大优势使罗姆第四代SiC MOSFET具有低开关损耗、低恢复电流且低噪声以及低导通损耗的特点，非常适用于有小型、轻量化需求的车载充电器应用以及采用LLC电路的电源应用。
可以相信，在碳化硅技术方面的进展将有助于罗姆不断追求更高的能效目标，满足越来越多的功率应用场景需求。