主編 前言

2020年，我們共同經(jīng)歷了新冠肺炎疫情全球大流行，近200萬人悄然離去，尊重生命，尊重科學(xué)，團結(jié)抗疫成國際共識，武漢封城、長江洪水肆虐、澳洲叢林大火、非洲蝗蟲大災(zāi)、納卡地區(qū)爆發(fā)惡戰(zhàn)等都歷歷在目，可以說，2020年是大災(zāi)大難的一年；但這絕不是全部，2020年，我們也共同見證了亞太15國簽署RCEP區(qū)域自貿(mào)合作，提振世界經(jīng)濟信心，SpaceX實現(xiàn)首次商業(yè)載人航天飛行，嫦娥五號任務(wù)取得圓滿成功，在世界經(jīng)濟遭受嚴重沖擊之際中國成為[敏感詞]實現(xiàn)正增長的主要經(jīng)濟體。作為拉動經(jīng)濟復(fù)蘇引擎的半導(dǎo)體行業(yè)，在2020年也是敢于擔(dān)當(dāng)，成績不菲：5G落地之年，5nm 5G芯片強勁推出，蘋果首發(fā)了采用臺積電5nm工藝制程的A14 Bionic，集成118億晶體管。此后華為與三星也相繼發(fā)布了麒麟9000系及Exyons 1080。云上EDA探索落地，EDA軟件商、IC設(shè)計企業(yè)以及代工廠合作推進，能夠適配EDA工具使用需求、擁有大規(guī)模算力自動化智能調(diào)度以及海量的云資源提供彈性算力支持，直接提升芯片的研發(fā)周期和良率，降低芯片設(shè)計成本。3D先進封裝技術(shù)穩(wěn)步提升，突破了摩爾定律瓶頸，在集成度、性能、功耗等方面優(yōu)勢明顯，三星在今年對外宣布了全新的X-Cube3D封裝技術(shù)已經(jīng)可以投入使用……當(dāng)然作為半導(dǎo)體領(lǐng)域的后起之秀，第三代半導(dǎo)體及其他化合物半導(dǎo)體，也是備受關(guān)注和亮點多多，下面請看比利時半導(dǎo)體公司Cissoid的精彩觀點!

    《化合物半導(dǎo)體》對Cissoid 中國總經(jīng)理羅寧勝博士的專訪          

羅寧勝博士，現(xiàn)任比利時Cissoid公司中國總經(jīng)理。之前，他曾在多家歐美半導(dǎo)體公司從事半導(dǎo)體市場及業(yè)務(wù)管理工作，主要負責(zé)中國及亞太市場和業(yè)務(wù)，這些公司包括美國 Synaptics (NASDAQ：SYNA)，美國 Silicon Data, 英國 PicoChip，及美國 Innovative Micro Technology 公司。他曾經(jīng)在中國科學(xué)院上海技術(shù)物理所獲得博士學(xué)位，并隨后多年在歐美作為訪問學(xué)者從事材料物理研究，其中包括在德國馬克斯普蘭克研究院在哥廷根的流體動力學(xué)研究所從事固體表面物理研究，以及在美國路易斯維爾大學(xué)物理系從事半導(dǎo)體納米材料研究。

Q      2021年即將到來，面對新的一年，你如何看待化合物半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展變化，以及對2020年，有哪些總結(jié)和感悟？        A       繼特斯拉之后，2020年隨著比亞迪率先在國內(nèi)正式推出采用SiC MOSFETs 驅(qū)動的電動車，各大電動汽車廠商也倍加關(guān)注SiC在電動車上的應(yīng)用。其在OBC、DC-DC及充電樁等方面一般可采用相對低端的SiC MOSFETs，這樣在提高效率和減小體積重量的同時，以求成本相對低些。而對于電機驅(qū)動的應(yīng)用，為追求盡可能高的效率和[敏感詞]的熱損耗，趨于采用高端的SiC MOSFETs (即內(nèi)阻偏小的）。在電動車電機方面，業(yè)內(nèi)普遍證實，SiC MOSFETs 對傳統(tǒng)IGBT的替代可使整體車況的能源效率提高5-10%，即在同樣的電池包條件下可提升5-10%的續(xù)航里程，而頗具吸引力。2021年將是SiC在電動汽車領(lǐng)域應(yīng)用的起始爆發(fā)之年，因為今年的大規(guī)模缺貨即是征兆。   另外，GaN 近期也有很好的發(fā)展，其主要表現(xiàn)是在移動設(shè)備的快速充電器方面。由于涉及消費電子類應(yīng)用，其需求量將會非常大，因此GaN的出貨量將很快在數(shù)量級上大大超越SiC 器件。

Q      隨著5G，新能源汽車，大數(shù)據(jù)，AI，IoT 等技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，將會為化合物半導(dǎo)體帶來諸多機遇，你認為化合物半導(dǎo)體面臨哪些挑戰(zhàn)與機遇？        A       化合物半導(dǎo)體（SiC和GaN）作為新型半導(dǎo)體器件要替代傳統(tǒng)Si器件，[敏感詞]的挑戰(zhàn)莫過于成本的控制，即涉及生產(chǎn)良率和生產(chǎn)規(guī)模的控制。只有在不斷地提升良率且同時不斷地擴大生產(chǎn)規(guī)模才能將成本逐步降下來，由此贏得市場上的廣泛應(yīng)用。挑戰(zhàn)也就是機遇，這也是各家化合物半導(dǎo)體廠商取勝而贏得市場份額的制高點。

Q      碳化硅（SiC）是非常具有發(fā)展前景的材料，特別是在電力電子和微波射頻器件應(yīng)用方面，目前受到極大關(guān)注，請問貴公司如何看待碳化硅的市場發(fā)展？如何推進碳化硅材料的升級和發(fā)展？        A

隨著第三代半導(dǎo)體如SiC功率半導(dǎo)體器件的日趨成熟和普及，初期將是在應(yīng)用上簡單地替代Si器件，但在后期將會主動發(fā)揮其性能優(yōu)勢而締造出許多新型應(yīng)用，即涉足以前Si器件所不能及的應(yīng)用。例如，SiC固有的耐高溫性能與Cissoid高溫半導(dǎo)體器件就是非常好的搭配，由此將大大改變電力系統(tǒng)設(shè)計的格局，為設(shè)計工程師提供全新的且廣闊的拓展空間。這些典型、未來的高溫、高功率密度應(yīng)用，包括深度整合的電動汽車動力總成、多電和全電飛機乃至電動飛機、移動儲能充電站和充電寶，以及各種液體冷卻受到嚴重限制的電力應(yīng)用。 

電動汽車的動力總成（電機，電控和變速箱）已走向三合一，但目前僅僅是在結(jié)構(gòu)上堆疊在一起，屬于弱整合。未來在結(jié)構(gòu)上，動力總成的深度整合是必然路徑，因為，這樣可能使體積減少約三分之一，重量減少約三分之一，內(nèi)耗減少約三分之一，并有可能使總成本壓縮2至4倍。然而，電控部分將與電機緊密結(jié)合，深度整合使功率密度大幅提高，高溫即是所面臨的不可回避的[敏感詞]挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)飛機中控制尾舵、機翼、起落架等的機械動作都是靠經(jīng)典的液壓傳動。液壓油作為液體，受環(huán)境影響很大并且維護成本很高，目前已趨向于部分或全部的電氣化，此即多電和全電飛機的概念。在飛機上采用電機替代液壓油路實現(xiàn)機械操作，可靠性高、可維護性強，且方便冗余備份設(shè)計。然而，[敏感詞]的困境是飛機上的電機和電控不允許配備水冷，且只能依靠強制風(fēng)冷及自然冷卻，因此，實現(xiàn)多電或全電飛機、乃至電動飛機的電控設(shè)計，需要率先解決的重大技術(shù)難題即是高溫。 

另外，有許多應(yīng)用場景，特別是隨著電動車大規(guī)模普及，半移動式儲能充電站和全移動式充電寶將可有效地填補固定式充電在某些場景下的缺失。然而，對于這類移動充電應(yīng)用，水冷機構(gòu)將不僅帶來額外重量體積的負擔(dān)，更重要的是它消耗自身攜帶的存儲電能，因此，電控采用自然冷卻將是佳徑，但必須妥善處理好電控系統(tǒng)熱管理的問題。

除了上述三種典型的高溫應(yīng)用外，在許多特種工業(yè)應(yīng)用中，因液體冷卻受到嚴重限制時，電控系統(tǒng)將面臨同樣的高溫挑戰(zhàn)。耐高溫的電控技術(shù)是實現(xiàn)以上高溫應(yīng)用的關(guān)鍵，其核心實現(xiàn)技術(shù)是SiC功率器件的高溫封裝技術(shù)和與之相匹配的高溫驅(qū)動電路技術(shù)。

SiC材料及其器件結(jié)構(gòu)有天生的耐高溫能力，在真空條件下甚至可耐達400至600℃高溫。在實際應(yīng)用中，為防止接觸空氣而產(chǎn)生氧化，SiC器件必須有封裝，且若要耐高溫，則必須采用耐高溫的封裝。結(jié)溫150℃是業(yè)界目前[敏感詞]標準，175℃結(jié)溫等級剛剛開始展露，有準標準化封裝可以采用，而200℃乃至更高溫的封裝對封裝材料和工藝要求十分嚴苛，而且必須根據(jù)裸片特征進行定制設(shè)計，以保證導(dǎo)熱和散熱性能要求。

SiC功率器件和模塊的應(yīng)用離不開驅(qū)動電路及其相應(yīng)的芯片。然而，大多數(shù)驅(qū)動電路芯片都是普通的硅器件，均不能耐高溫，其若能在高溫如175℃ 下工作1000小時，已經(jīng)是鳳毛麟角了。另外，耐高溫只是問題的一方面，更嚴重的是高溫時器件性能的一致性問題。普通硅器件在70℃之上性能弱化得非常之快，因此在高溫下無法應(yīng)用。歷經(jīng)二十多年創(chuàng)新研發(fā)和應(yīng)用考驗，Cissoid公司SOI特種硅器件的耐高溫能力已達到175℃時，可連續(xù)工作15年之長，且全溫度范圍內(nèi)性能有[敏感詞]的一致性，是支持SiC高溫應(yīng)用的支柱。

Q      對于中國化合物半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)該如何學(xué)習(xí)國際經(jīng)驗，加速產(chǎn)業(yè)發(fā)展，請談?wù)勀憧捶ā?       A       盡管中國在化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域起步較晚且落后于國外，但該領(lǐng)域非常適合于在中國實現(xiàn)突飛猛進的發(fā)展。主要原因有三，[敏感詞]，化合物半導(dǎo)體的工藝基本都在微米級，從材料到設(shè)備有全套國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈支持，而不會受到精細納米級制造設(shè)備（特別是光刻機）需要進口而被嚴重限制。第二，化合物半導(dǎo)體的器件結(jié)構(gòu)相對簡單，也不需要非常復(fù)雜的[敏感詞]的EDA支持，又排除了需要進口而受到的嚴重限制。第三，中國廣闊的且巨大的應(yīng)用市場。因此，可以斷言化合物半導(dǎo)體將是中國半導(dǎo)體整體產(chǎn)業(yè)提升的重要突破口之一。    近幾年來，國家對半導(dǎo)體制造業(yè)十分重視，投資也很大，相繼有幾十家晶圓廠在開工、擴建或新建，尤其是近期有業(yè)內(nèi)人士呼吁要將微電子系統(tǒng)加工作為單獨的學(xué)科，這都是極好的現(xiàn)象。然而，縱觀國內(nèi)晶圓廠，清一色 的新廠房和新設(shè)備，投資非常大，但最最缺乏的是工藝開發(fā)領(lǐng)域的人才，以及維護工藝方面人才積累的體系。傳統(tǒng)的機械加工如車工、銑工及焊工等，都有多層級別工匠制度，與待遇和補貼掛鉤，以推進和維護該職業(yè)的發(fā)展，而如此重要的微電子系統(tǒng)加工業(yè)應(yīng)該有更全面的人才培養(yǎng)體系。