绿能芯创CEO廖奇泊：第三代半导体芯片的历史、机遇与挑战

绿能芯创CEO廖奇泊在“未名创星论坛第四期——中国芯，强国梦”活动中发表演讲，以下为演讲内容，已经作者确认，略有删减：

绿能芯创CEO廖奇泊

刚才有人问我说是不是碳化硅出来以后，硅基产品就没有用了？是不是氮化镓出来以后碳化硅基产品就没有用了？其实它们根据不同特性分别占据了不同的领域。大家可以看这张图横坐标越往右边的表示你的电压越大，纵坐标越往上面的表示你的频率越高。

我们看到氮化镓它的优势是在高频，所以在通讯里面，包含军工、5G的使用，氮化镓占了极大的优势。可是当今天你的电压超过650伏，氮化镓毕竟它是III-V族，是异相的结合，所以它有一个物理无法突破的问题。因此一般氮化镓主要优势是在电压650伏以下，其实对一般通讯来讲也够了。而碳化硅它的优势是在大电压、大电流、大功率。所以包含未来汽车的使用，高铁的使用，电网的使用，工业的使用，这些是它最优势的地方。如果是白色家电在电压200伏以下的部分，成本比较敏感的，我们就不要拿碳化硅来做了。 

半导体产业的差别在哪里？半导体产业的分工呢？你可以看到，逻辑大部分它是代工厂外加设计公司，而IDM公司相对比较少。可是你看一下右手边碳化硅这种电力电子的功率产品，它主要除了IDM以外，还另外需要一个系统的集成。所以我特别想提到，它并不仅仅是一个设计，是工艺+材料，还是一个很重要的材料学、物理学跟化学，因为最后讨论到的是能阶、PN junction，所以大家必须回到大学把念的组件固态物理再拿出来念一遍，真的会用到。到最后当然设备和制程的设计，这是非常重要的。

因为这个的差异，所以人才的栽培其实也是不一样的，通常逻辑会有所谓的IP公司帮你都设计好了，其实大部分都是拼拼图一样，把这些IP拼起来，所以这种设计人才的培育大概两三年。

如果是功率半导体，分离器件你必须把物理、能阶都搞清楚，你才会设计出真正好的东西。为什么这么说呢？逻辑芯片你可以想象它是一个二维的，所以都是读写是平面的，左边进去右边出来，这个读写用gate打开来完成。可是功率半导体它是三维的，它的开启是上面进来，下面出去，它是三维的一个设计，所以这两个是有很大的差别。

所以，通常我们在做功率半导体，没有做超过十年都不好意思说自己曾经做过，自己会做。这是很大的差异，我做了二十几年我才敢说应该会吧。我想这里面的一些工艺差异表，后面我们就不多说了，这部分跟刚才郭总讲的会蛮类似的。不过有一点他没提到的是人工的部分，当功率工程师做超过十年，你的价值一定会比别人更高。

所以，这是我一直在鼓励我们的员工，第一，你好好做，你的价值会更高。还有一点更重要的是情怀，因为我们做的是一个节能减排的工作，赚钱还对社会有帮助。我们后面会提到你可以让什么东西节能，节能多少，我们虽然没有办法发电，可是我们可以让整体省电2%-10%，所以我们对减少雾霾也是有一点点的帮助。

一、汽车

汽车的部分全面采纳碳化硅，其实刚才可以看到，可以节省10%-15%。它的主要应用包含一些电机控制器、ACDC / DCDC转化、车载充电桩等。另外，特斯拉厉害的地方，特斯拉虽然是做车，可是他里面有两百多个半导体专家，这是国内汽车厂看不到的。所以，其实电动车不是在做车，而是在做半导体。

这是三年的数据，比较保守，做出来大概整个效能提升了10%。不过你可以看到，整个逆变器体积缩小了，剩下了原来的1/5。重量剩下一半，我想做汽车的人都会很清楚, 不管逆变器怎么放，都非常有优势。包括未来航天航空，其实这个都有非常大的优势，不发热、又小、又轻。现在有电动方程式的赛车，法拉力连续两年都得到冠军，它就是用日本罗姆的碳化硅芯片去做成的逆变器。

顺便提到，不仅是汽车，高铁也可以用到碳化硅。日本的高铁其实已经上线了，用碳化硅虽然看起来好像是节能了10%，不发热、不发烫、稳定性更高，提高了安全性。还有一点很重要的，它体积、重量都变小了，所以它一个车头现在已经可以拉16节车厢了。我们可以去看国内现在都是拉8节的。

二、电网

最大的会是在电网的部分。全球能源互联网中心正在提一个全球能源互联网的概念。比如说，能源从西电东送，是200KV以上的应用，相对来讲只要差1%，那节能就已经非常多了。碳化硅的功用是在降低能耗、降低电能的损耗。在这块儿国家电网走在世界领先的前沿，已经成立了一个6吋碳化硅的中试线，很荣幸我们有跟他们做合作，同时在去年底已经通线了。所以，我后面会聊到，为什么可以说我们跟国际的距离其实不是太远。

在电网的应用，这就更不用说了，这就更多了。柔性输配电是国网领先世界的技术，以一个+/- 320KV的柔性输配电为例来算，总共需要2000多个IGBT的模块，这个规格模块是在3300伏、1500安培的规格底下。所以，这个对芯片的需求是非常大的。未来都有机会换成碳化硅的产品。

而且电网这个应用，中国应该是世界领先的。全世界需要这么长的送电应该只有中国，西电东送是国家电网特有的专利，包含在非洲、巴西，未来在一带一路的应用，其实都是用中国的系统。

三、5G

接下来的应用就是我们现在常讲的5G，强调的是氮化镓是在5G的通讯方面，而碳化硅在5G领域依然是应用在电源节能的部分，包含基站，我提供你低功耗、高可靠性的一个电源。

四、航天航空

还有就是航天航空的领域。碳化硅本身它的能阶是硅基的三倍，所以它本身材料就有抗辐射的功能。所以，只要我们的设计得当，其实这个芯片轻而易举就可以抗辐射。

另外在一些工业，包含装备的部分，其实碳化硅可以在高温、高湿、高腐蚀的环境下，这个是硅基没有办法做得到的。像太阳能，有些在外面，可能都是在山上，风吹、日晒、雨淋，所以早期通常两年就要换一次，换成碳化硅，基本上它的可靠性现在都可以十年以上了。 

碳化硅看起来好像有很多优点，可是推广还是有一定的问题，尤其是在国内。

一、材料品质低

材料的部分好像中国都能做，我们就以为自己做得很好，其实你把它分成低阶和高阶来看的时候，你会发现高阶的6寸碳化硅的芯片，国内目前没有一家公司能够提供，所以是100%进口。

二、工艺难度高

它是一个3D的概念，一般人还是用2D的概念去设计这个东西，这是错的。我是有幸在美国工作了一段时间，叫Vishay，这家公司其实在功率半导体已经做了六十几年了，所以我们是站在巨人的肩膀上，才有机会。而且我们的训练是从3D的训练来做的，如果你要还是用2D的观念做功率半导体，肯定是不会成功的。3D底下是看不到的，因为下面是P和N，是看不到的，看不到的地方才是真正核心的位置，漏电和开启其实都是在底下的。

三、应用开发难

因为相对来讲碳化硅所有的应用设计其实是要重新做的，并不是一个直接pin to pin出来的。这是一个难点，也是我们公司的一个机会，因为最大的市场其实是在中国，就像电动车一样，最该用的其实是在中国。所以，需要客制化、在地化、中国化。

所有的产品不是追求性能最高，是追求最适合客户的，合适的产品才是我们要的。所以，中国这一块儿在往上走，我们在这儿就得到了很多下游产业的合作，我们就知道它的规格，一起来做，那可以做出最合适的产品。

整个爆发点其实现在全世界来看，已经从4寸转成6寸了，价格成本其实是会降下来，会降20%-30%，原本价格是硅基的5-6倍降到了3-4倍。再加上后面应用的开发，整体模组成本反而下降，其实这就是未来一个爆发点。 

碳化硅的重要性，其实它已经上升到国家的层面了。

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