外媒：日企将大规模量产氧化镓器件
时间：2022-08-25作者：佚名
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据日经新闻报道，京都大学的一家初创公司计划生产节能性能更高的半导体器件，与使用现有产品的汽车相比，这将使电动汽车的行驶里程增加约 10%。报道指出，三菱重工、丰田汽车子公司电装和日本开发银行投资的Flosfia将大规模生产使用氧化镓（硅的替代品）作为半导体材料的功率半导体。
据该公司称，与当前的半导体器件相比，这些器件可以将功率损耗降低 70%。此外，它们还可以将 EV 功耗降低 10%，从而延长一次充电的续航里程。Flosfia 的目标是到 2023 年夏季实现每月数十万的生产能力。这些器件将出售给汽车零部件制造商。该公司计划将生产外包给日本国内电子公司，目标是到 2030 年实现 1000 亿日元（7.32 亿美元）的销售额。
随着电动汽车需求的增加，该公司希望在欧洲和美国的竞争对手之前将其设备商业化。一次充电的续驶里程是电动汽车性能的关键因素。电动汽车制造商通过提高电池性能和减轻车辆重量，突破了车辆行驶距离的极限。Flosfia 是从半导体材料层面应对 EV 续航里程挑战的公司之一。除氧化镓外，碳化硅已成为一种有前途的发展途径。特斯拉成为第一个在量产汽车中使用碳化硅功率半导体的同行。
功率半导体器件控制电机和其他 EV 部件中的电流和电压。日本公司在半导体领域的整体份额较小，但在该领域仍具有优势。三菱电机、东芝和富士电机合计占据全球功率半导体市场约 20% 的份额。在日本政府支持的新能源和工业技术开发组织的支持下，像 Flosfia 这样的新公司正在该行业找到一席之地。
日本氧化镓的新进展
今年年初，日本从事半导体研发的Novel Crystal Technology（NCT，埼玉县狭山市）发布消息称，该公司与日本酸素控股旗下的大阳日酸、东京农工大学一起，成功实现了氧化镓功率半导体的6英吋成膜。由于可在较大晶圆上成膜，估计可大幅削减晶圆生产成本。氧化镓功率半导体被期待帮助纯电动汽车（EV）等减少电力消耗。
这是作为日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的战略项目实现的研发。大阳日酸和东京农工大学开发了可按6英吋晶圆进行成膜的装置。以往的技术只能在最大4英吋晶圆上成膜，NCT在世界上首次实现6英吋的成膜。有助于削减生产成本，有望把成本降到「碳化矽（SiC）功率半导体的三分之一」（NCT相关人员）。
据NCT预测，氧化镓晶圆的市场到2030年度将扩大到约590亿日元规模。该公司的目标是在确立晶圆量产技术后，2024年度销售晶圆的量产装置。将销售给大型功率半导体厂商，用于实现纯电动汽车等的节能。
同样是在今年上半年，源自日本东北大学的初创企业C*A与东北大学教授吉川彰的研发团队开发出一种技术，能以此前100分之1的成本制造有助于节能的新一代功率半导体的原材料“氧化镓”。新技术不需要昂贵的设备，成品率也将提高。计划在2年内制造出实用化所需的大尺寸结晶。
研发团队开发出了通过直接加热原料来制造氧化镓结晶的设备，制造出了最大约5厘米的结晶。将原料装入用水冷却的铜质容器，利用频率达到此前约100倍的电磁波，使原料熔化。传统方法是加热使用贵金属铱制造的容器，熔化其中的材料，制造结晶。要制造直径约15厘米的实用性结晶，仅容器就需要3000万～5000万日元，还存在结晶的质量不够稳定等课题。
据称由于不需要昂贵的容器等原因，利用新方法能以目前约100分之1的成本制造氧化镓结晶。力争在2年内制造出直径15厘米以上的结晶。
美国将EDA、氧化镓和金刚石纳入出口管制 据路透社报道，美国早前对支持生产先进半导体和燃气涡轮发动机的技术实施了新的出口管制，美国称这些技术对其国家安全至关重要。美国商务部表示，此举涵盖的“新兴和基础技术”包括氧化镓和金刚石，因为“利用这些材料的设备显着增加了军事潜力”。
商务部工业和安全部副部长艾伦·埃斯特维兹 (Alan Estevez) 表示：“允许半导体和发动机等技术更快、更高效、更长时间和更恶劣条件下运行的技术进步可能会改变商业和军事领域的游戏规则。” “当我们认识到风险和收益，并与我们的国际合作伙伴一起行动时，我们可以确保实现我们共同的安全目标。”
这四项技术是 42 个参与国在 2021 年 12 月会议上达成共识控制的项目之一。美国的出口管制涵盖了比国际协议更广泛的技术，包括用于生产半导体的额外设备、软件和技术。氧化镓和金刚石使半导体“能够在更恶劣的条件下工作，例如在更高的电压或更高的温度下。使用这些材料的设备显着增加了军事潜力，”Commerce 说。
该部门表示，这些控制包括 ECAD，这是一种用于验证集成电路或印刷电路板的软件工具，“可以推进许多商业和军事应用，包括国防和通信卫星”。据美国商务部介绍，使用氧化镓和金刚石这两种超宽带隙半导体制成的芯片可以在更恶劣的条件下工作，例如在更高的电压或温度下，使用它们的设备“显着增加了军事潜力”
至于称为 ECAD 的电子计算机辅助设计软件则用于开发具有全栅场效应晶体管或 GAAFET 结构的集成电路。军事和航空航天国防工业使用 ECAD 软件来设计复杂的集成电路。GAAFET 是设计能够实现“更快、更节能、更耐辐射的集成电路”的技术的关键，这些集成电路具有军事用途，包括国防卫星
此外，可用于火箭和高超音速系统的增压燃烧（PGC）技术也纳入了管制。现在的功率半导体主要把硅用于基板，但课题是会产生电力损耗。氧化镓与碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等一起，作为新一代材料受到期待。据称氧化镓的电力损耗在理论上仅为硅的约3400分之1、碳化硅的约10分之1。
如果纯电动汽车（EV）的马达驱动用电源采用氧化镓制的功率半导体，就算电池容量相同，也能行驶更远距离。C*A和东北大学的团队将利用新方法降低此前成为瓶颈的生产成本，推动实用化。 （来源：GaN世界） |
