半導體的“碳中和”，按下了“快進鍵”
“2030年碳達峰，2060年碳中和”——這是國家給出的碳中和目標。
但身處半導體賽道的行業巨頭們，早就按捺不住內心的渴望，開始向“碳中和”市場進軍。尤其是工業領域， 在“碳達峰”“碳中和”的愿景指引下，目前的工業市場正在發生著很多前所未有的歷史性的變革，圍繞能源管理，能源結構的變化，能源利用的效率，工業市場的這些變化，蘊育著無數的來自關于技術、產業和商業的機會。
在日前舉辦的“意法半導體2021工業峰會”上，意法半導體總裁兼首席執行官Jean-Marc Chery表示：“2020年12月，我們宣布了將在2027年實現碳中和的承諾，2027年購買的電力100%來自可再生能源發電，是半導體行業中最早承諾實現碳中和的公司。”這個目標也將貫穿整個ST的半導體“大戰略”，成為ST后續半導體技術研發和商業化的重要指導。
半導體大廠如何助力“碳中和”？
要實現2027年碳中和的承諾，“節能”和“環保”自然是個中關鍵。作為在工業領域已有深厚積淀的全球半導體巨頭，ST如今的產品線已經全面落實這兩大指標。當前，除了廣為人知的優勢型產品MCU之外，ST目前針對工業領域擁有電機控制、電源管理的STSPIN，以及最新系統級封裝氮化鎵產品如MasterGaN系列。除此之外，ST還擁有強大的產品組合，以支持電源和能源管理產業的擴張。STPower憑借其中的碳化硅MOSFET、IGBT和碳化硅MOSFET器件在這項技術中占據主導地位。
為了實現碳中和，我們需要將現在化石能源生產轉變為清潔能源和可再生能源，意法半導體亞太區功率分立和模擬產品器件部市場和應用副總裁Francesco MUGGERI表示：“其中與電子相關的主要有兩個方向——風能和太陽能。首先，我們需要為這兩個市場生產更多的電子元件，因為需求在爆發式地增長，我們需要生產更多的產品來支持這些細分市場。”
“第二，正如你提到的那樣，我們需要生產適用于這些應用的元件，以減少能源浪費。就此，我再次強調SiC和IGBTs的重要作用。所以，我們需要更大的模塊來提高效率，我們也需要引入新的技術。就這一塊來說，SiC對于大功率風能和太陽能都是十分理想的。”Francesco MUGGERI強調。
通過各類產品的相互配合，一方面通過增加供給，另一方面提高這些設備在減少損耗方面的能力，進而助力全球加速實現“碳中和”的目標。
第三代半導體的“碳中和”潛力
從半導體技術的角度，要盡快實現“碳中和”，第三代半導體技術的布局自然不可或缺。據Yole數據顯示，到2020年底，身為第三代半導體兩大主角的碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）功率半導體的全球市場將增長到8.54億美元。其中，碳化硅（SiC）市場規模約為7.03億美元，氮化鎵（GaN）市場規模約為1.5億美元。到2025年碳化硅（SiC）市場規模將超過30億美元，氮化鎵（GaN）市場規模將超過6.8億美元，翻了四倍多。
以SiC為例，由于SiC的寬禁帶、高擊穿電場、高熱傳導率和高電子飽和速率的物理性能，使其有耐高溫、耐高壓、高頻、大功率、抗輻射等優點，可降低下游產品能耗、減少終端體積。碳化硅具有較高的能量轉換效率，且不會隨著頻率的提高而降低，碳化硅器件的工作頻率可以達到硅基器件的 10 倍，相同規格的碳化硅基MOSFET總能量損耗僅為硅基IGBT的30%。
這也是為何ST正加速布局全新的第三代半導體產品線的關鍵所在。據編者了解，針對碳化硅，ST目前已經做了大量投資，比如收購了Norstel，目標是垂直整合供應鏈，Francesco MUGGERI告訴華強電子網記者：“我們目前的晶圓供應來自兩大公司，一家是德國的Wolfspeed Cree，另一家是美國的SiCrystal。目前，我們已經投入生產。為了強化這一點，我們的目標是到2024年，實現40%的內部晶圓供應。為此，（除了瑞典北雪平市的晶圓廠之外）我們還在意大利卡塔尼亞也建了一座晶圓廠，這座新廠正在建設之中，很快就可以投入使用。我想該廠在明年年中基本上就可以使用了。”
另外，在8英寸晶圓樣品方面，ST目前也已經有新的進展，Francesco MUGGERI表示：“大家知道目前生產的是6英寸晶圓，但ST已經在生產8英寸晶圓樣品，這個消息我們在一個半月前樣品出來后已經宣布，這是我們在碳化硅方面正在做的工作。目前，我們已經向市場推出第三代碳化硅技術，不久我們將推出第四代，以后還將推出第五代半導體，在汽車和工業領域都非常適用。”
除此之外，GaN作為更加先進的第三代半導體方案，相比SiC具備更高的電子遷移率，這這意味著氮化鎵將是當前市場上極高頻率的最佳半導體材料。
針對GaN方面，Francesco MUGGERI透露：“我們已經在法國圖爾市投入了氮化鎵生產，很快將擁有我們自己的技術。我們一直在對EXAGAN公司進行投資，我們已經收購了該公司的大部分股份，該公司有著非常有趣的專利。我們正在全速前進通過涵蓋三個方面的技術。我們將有常開的G-FET，在這種情況下需要在器件內部進行級聯配置的氮化鎵驅動器。我們也會推出常閉型e-mode GHEMT技術，以及帶有嵌入式硅數字門的超快速氮化鎵驅動器G-DRIVE，這三個PowerGaN系列都會相繼推出。我們在內部為其申請了STPower GaN和STI2GaN商標。STI2GaN主要面向汽車領域。STPower GaN的技術主要面向SMPS領域，同時也在推進射頻方面的工作。”
可將，針對“2027年成為全球首家實現碳中和的半導體公司”，如今的ST“底氣十足”。正如ST一貫堅持的那樣，“2025年以前，ST的用水量將比2016年減少20%。這是公司最近對外透露的官方數據。”這對于一家全球半導體大廠來說，難能可貴。在對可持續、尤其是碳中和的遵循方面，ST也將比市場中的任何其它公司都要站得更高，走得更前，看的更遠。
