Výroba polovodičových zařízení s širokým pásmem v roce 2025: Odemknutí bezprecedentní efektivity a výkonu na příštích pět let. Prozkoumejte, jak technologie SiC a GaN mění elektronickou krajinu.

• Úvodní shrnutí: Výhled trhu 2025 a hlavní faktory
• Přehled technologií: SiC, GaN a nově vy emerging wide-bandgap materiály
• Inovace výrobních procesů a optimalizace výnosu
• Hlavní hráči a strategická partnerství (např. cree.com, infineon.com, onsemi.com)
• Velikost trhu, segmentace a projekce CAGR 2025–2030
• Trendy aplikací: Automobilový průmysl, výkonová elektronika a obnovitelné energie
• Dynamika dodavatelského řetězce a zásobování surovinami
• Regulační standardy a iniciativy v průmyslu (např. ieee.org, semiconductors.org)
• Výzvy: Náklady, škálovatelnost a spolehlivost
• Budoucí výhled: Rušivé příležitosti a investiční centra
• Zdroje a odkazy

Úvodní shrnutí: Výhled trhu 2025 a hlavní faktory

Sektor výroby polovodičových zařízení s širokým pásmem (WBG) je na prahu silného růstu v roce 2025, poháněn rostoucí poptávkou po vysoce efektivní výkonové elektronice v automobilovém průmyslu, průmyslové sféře a obnovitelných zdrojích energie. WBG materiály jako karbid křemíku (SiC) a nitrid gallia (GaN) umožňují zařízení s vynikajícími tolerancemi napětí, tepelnou stabilitou a rychlostmi spínání ve srovnání s tradičním křemíkem, což je staví do pozice klíčových nástrojů pro systémy elektrifikace a přeměny energie nové generace.

V roce 2025 zůstává automobilový průmysl hlavním katalyzátorem, přičemž výrobci elektrických vozidel (EV) stále více integrují SiC modulární pohony pro zlepšení účinnosti pohonných jednotek a prodloužení dojezdu. Přední dodavatelé automobilů a výrobci polovodičů, včetně Infineon Technologies AG, STMicroelectronics a onsemi, rozšiřují své portfolia zařízení SiC a zvyšují výrobní kapacitu, aby uspokojily rostoucí poptávku OEM. Například, Infineon Technologies AG oznámila významné investice do nových výrobních linek waferů SiC, zatímco STMicroelectronics zvyšuje svou vertikálně integrovanou dodavatelskou řetězce SiC pro zajištění dlouhodobého růstu.

Současně se výroba zařízení GaN dostává na vzestup, zejména v oblasti rychlonabíjení spotřební elektroniky, datových center a rozvíjející se infrastruktury 5G. Společnosti jako NXP Semiconductors a ROHM Semiconductor vyvíjejí technologie GaN-on-silicon a GaN-on-SiC, cílené na vyšší hustoty výkonu a lepší energetickou efektivitu. Očekává se, že probíhající přechod na zpracování waferů o průměru 200 mm pro jak SiC, tak GaN dále sníží náklady a zlepší výnosy zařízení, přičemž hlavní slévárny a IDM investují do nových výrobních linek a optimalizace procesů.

Odolnost dodavatelského řetězce a dostupnost materiálů zůstávají klíčovými výzvami v roce 2025, když se odvětví potýká s omezenou výrobou substrátů a potřebou vysoce čistých, bezvadných waferů. Aby se vyřešily tyto omezení, společnosti jako Wolfspeed, Inc. rozšiřují své schopnosti růstu krystalů a výroby waferů, zatímco partnerství mezi výrobci zařízení a dodavateli substrátů se zintenzivňují, aby zajistily dlouhodobé dodavatelské smlouvy.

Pokud jde o budoucnost, výhled pro výrobu polovodičových zařízení WBG je velmi pozitivní, přičemž odvětvové organizace jako Semiconductor Industry Association zdůrazňují pokračující investice do výzkumu a vývoje, inovačních procesů a spolupráce v ekosystému. Jak se trendy elektrifikace a digitalizace zrychlují napříč světem, výroba zařízení WBG se chystá hrát rozhodující roli v umožnění efektivnějších, kompaktnějších a spolehlivějších výkonových elektronik napříč více sektory až do roku 2025 a dále.

Přehled technologií: SiC, GaN a nově vy emerging wide-bandgap materiály

Výroba polovodičových zařízení s širokým pásmem (WBG) je v čele inovací výkonové elektroniky, poháněna výjimečnými materiálovými vlastnostmi karbidu křemíku (SiC), nitridu gallia (GaN) a vznikajících sloučenin, jako je oxid gallia (Ga₂O₃) a nitrid hlinitý (AlN). V roce 2025 je v odvětví zaznamenán rychlý růst výroby zařízení SiC a GaN, a to díky významným investicím do nových výrobních zařízení, optimalizace procesů a rozšiřování dodavatelského řetězce.

Výroba zařízení SiC se značně vyvinula, přičemž přední výrobci, jako jsou Wolfspeed, STMicroelectronics a onsemi, zvyšují produkci waferů SiC o průměru 200 mm. Wolfspeed například inaugurují největší zařízení na výrobu materiálů SiC na světě v Severní Karolíně, určené pro výrobu waferů o průměru 200 mm, což pravděpodobně výrazně zvýší výnosy zařízení a sníží náklady prostřednictvím úspor z rozsahu. Přechod z waferů o průměru 150 mm na 200 mm je rozhodující událostí, která umožňuje vyšší průchodnost a podporuje vzrůstající poptávku ze strany elektrických vozidel (EV), obnovitelné energie a průmyslových sektorů.

Výroba zařízení GaN, i když využívá některou dědictví křemíkové infrastruktury, čelí jedinečným výzvám spojeným s nesouladem mřížky a tepelným managementem. Společnosti jako Infineon Technologies a NXP Semiconductors zlepšují procesy GaN-on-silicon a GaN-on-SiC s cílem zaměřit se na aplikace s vysokou frekvencí a vysokou účinností, jako jsou základnové stanice 5G, datová centra a rychlonabíječky. Infineon například rozšiřuje svou výrobní kapacitu GaN v Rakousku, zaměřující se na diskrétní a integrovaná výkonová řešení.

Nově se objevující materiály WBG také získávají na významu. Oxid gallia (Ga₂O₃) a nitrid hlinitý (AlN) nabízejí ještě širší pásma a vyšší prahové pole než SiC a GaN, slibující zařízení nové generace s bezprecedentními napětím a účinností. Ačkoliv je obchodní výroba zařízení stále v raných stádiích, odvětvoví hráči a konsorcia zakládají výzkumné a pilotní linky s očekáváním prvního vstupu na trh v druhé polovině dekády.

Pokud jde o budoucnost, následující několik let přinese pokračující investice do pokročilé epitaxe, výroby waferů a technologií balení zařízení. Vertikální integrace, jak je sledována společnostmi jako Wolfspeed a STMicroelectronics, by měla zvýšit odolnost dodavatelského řetězce a urychlit inovace. Zaostření odvětví se přesouvá k vyšším napěťovým třídám, zvýšené spolehlivosti a škálovatelné výrobě, což činí polovodiče WBG páteří budoucí výkonové elektroniky.

Inovace výrobních procesů a optimalizace výnosu

Výroba zařízení s širokým pásmem (WBG) polovodičů—především karbidu křemíku (SiC) a nitridu gallia (GaN)—prochází rychlou inovací v roce 2025, poháněná rostoucí poptávkou po vysoce efektivní výkonové elektronice v automobilovém průmyslu, průmyslové sféře a obnovitelných zdrojích energie. Klíčové pokroky v procesech se zaměřují na zlepšení kvality materiálů, zvyšování velikosti waferů a optimalizaci výnosu zařízení pro splnění jak výkonových, tak nákladových cílů.

Hlavním trendem je přechod z waferů SiC o průměru 150 mm na 200 mm, což slibuje významné snížení nákladů na čip a vyšší průchodnost. Přední výrobci jako Wolfspeed a onsemi oznámili sériovou výrobu waferů SiC o průměru 200 mm, přičemž Wolfspeed provozuje největší specializovanou výrobnu waferů SiC o průměru 200 mm na světě v New Yorku. Tento nárůst je umožněn díky zlepšením v technikách růstu krystalů, jako je fyzikální parní transport (PVT), a pokročilým procesům výroby waferů, které snižují hustotu vad a umožňují vyšší výnosy zařízení.

V oblasti výroby zařízení GaN přinášejí inovace v epitaxi—zejména metal-organická chemická depozice (MOCVD)—zlepšení v jednotnosti materiálu a snižování hustoty dislokací. Společnosti jako Infineon Technologies a NXP Semiconductors investují do proprietárních technologií bufferových vrstev a inženýrství substrátů pro další zlepšení spolehlivosti a výrobitelnosti zařízení. Přijetí substrátů GaN-on-silicon rovněž získává na významu, protože využívá stávající křemíkové výrobny a umožňuje nákladově efektivní škálování.

Optimalizace výnosu zůstává hlavní výzvou, vzhledem k citlivosti zařízení WBG na krystalické vady a variace procesů. Pokročilé in-line metrologie a inspekční systémy jsou nasazovány k detekci a zmírnění vad omezujících výnosy v raných etapách procesu. Advanced Micro-Fabrication Equipment Inc. a KLA Corporation patří mezi dodavatele, kteří poskytují klíčové nástroje pro řízení procesu přizpůsobené materiálům WBG. Dále se refinují strategie integrace procesů—jako je optimalizovaná iontová implantace, žíhání a pasivace povrchu—aby se minimalizovala variabilita zařízení a maximalizoval výkon.

Pokud jde o budoucnost, následující několik let přinese další automatizaci a digitalizaci výrobních zařízení WBG, přičemž umělá inteligence a strojové učení budou stále více aplikovány na řízení procesů a správu výnosů. Očekává se, že spolupráce mezi výrobci zařízení, dodavateli zařízení a výrobci materiálů se zintenzivní s cílem standardizovat procesy a dále snižovat náklady. V důsledku toho je výroba zařízení WBG připravena na výrazné zisky jak v objemu, tak v efektivnosti, což podporuje širší trendy elektrifikace a dekarbonizace napříč odvětvími.

Hlavní hráči a strategická partnerství (např. cree.com, infineon.com, onsemi.com)

Sektor výroby polovodičových zařízení s širokým pásmem (WBG) prochází rychlou evolucí v roce 2025, poháněn rostoucí poptávkou po vysoce efektivní výkonové elektronice v automobilovém průmyslu, obnovitelné energii a průmyslových aplikacích. Trh je formován několika hlavními hráči, každý z nich využívá jedinečné technologické síly a uzavírá strategická partnerství, aby urychlil inovace a expanze.

Vedoucí silou ve výrobě zařízení z karbidu křemíku (SiC) je Wolfspeed, Inc. (dříve Cree, Inc.), které provozuje největší zařízení na výrobu materiálů a zařízení SiC na světě. Mohawk Valley Fab společnosti Wolfspeed o průměru 200 mm, které bylo uvedeno do provozu v roce 2022, zvyšuje výrobu v roce 2025, aby vyhovělo exponenciálnímu růstu poptávky po elektrických vozidlech (EV) a průmyslových aplikacích. Společnost zabezpečila víceletá dodavatelská ujednání s hlavními automobilovými OEM a dodavateli třídy 1, včetně Mercedes-Benz Group AG a ZF Friedrichshafen AG, k dodávkám zařízení SiC pro platformy EV nové generace.

Dalším dominantním hráčem je Infineon Technologies AG, která rozšiřuje své portfolio zařízení SiC a nitridu gallia (GaN) s významnými investicemi do svých továren v Kulimu v Malajsii a ve Villachu v Rakousku. Strategická partnerství společnosti Infineon s lídry v automobilovém a průmyslovém sektoru, jako jsou Hyundai Motor Company a Siemens AG, se zaměřují na integraci zařízení WBG do elektromobility a řešení chytré sítě. V roce 2025 také Infineon spolupracuje s dodavateli zařízení na optimalizaci zpracování waferů o průměru 200 mm, s cílem snížit náklady a zlepšit výnosy zařízení.

Onsemi agresivně zvyšuje produkci svých zařízení SiC, poté co získala a rozšířila své vlastní schopnosti růstu boule a výroby waferů SiC. Vertikálně integrovaný dodavatelský řetězec společnosti je klíčovým diferenciátorem, umožňujícím přísnější kontrolu kvality a zajištění dodávek. Partnerství společnosti onsemi s globálními výrobci automobilů, včetně Honda Motor Co., Ltd., urychluje přijetí SiC MOSFETů a diod v pohonech EV a nabíjecí infrastruktuře.

Další významní přispěvatelé zahrnují STMicroelectronics, která investuje do výroby jak SiC, tak i GaN zařízení, a ROHM Co., Ltd., která rozšiřuje svou výrobní kapacitu waferů a zařízení SiC v Japonsku a Malajsii. Obě společnosti spolupracují s automobilovými a průmyslovými partnery na společném vývoji aplikovatelného WBG řešení.

Pokud jde o budoucnost, následující několik let přinese intenzivní spolupráci mezi výrobci zařízení, automobilovými OEM a dodavateli zařízení. Zaměření se bude týkat škálování technologie waferů o průměru 200 mm, zlepšování spolehlivosti zařízení a snižování nákladů, aby se umožnilo masové přijetí polovodičů WBG. Strategická partnerství a dodavatelské ujednání zůstanou klíčová pro zabezpečení podílu na trhu a podporu inovací v tomto dynamickém sektoru.

Velikost trhu, segmentace a projekce CAGR 2025–2030

Globální trh pro výrobu polovodičových zařízení s širokým pásmem (WBG) je připraven na silný růst mezi lety 2025 a 2030, poháněn rostoucí poptávkou po elektrických vozidlech (EV), systémech obnovitelné energie, průmyslové automatizaci a vysokofrekvenčními komunikacemi. Materiály WBG—především karbid křemíku (SiC) a nitrid gallia (GaN)—umožňují zařízení s vyšší účinností, větší hustotou výkonu a lepší tepelnou výkonností ve srovnání s tradičními křemíkovými polovodiči.

V roce 2025 se očekává, že trh s výrobou zařízení WBG překročí 3 miliardy dolarů ročně, přičemž zařízení SiC budou mít největší podíl, zejména v automobilech a průmyslových modulech výkonu. Trh je segmentován podle materiálu (SiC, GaN, ostatní), typu zařízení (výkonové tranzistory, diody, RF zařízení), koncového použití (automobilový průmysl, průmyslový, spotřební elektronika, energie, telekomunikace) a geografických oblastí. SiC MOSFETy a Schottkyho diody zaznamenávají rychlé přijetí v invertorech EV a nabíjecí infrastruktuře, zatímco GaN HEMT se stává čím dál více populárními v základech 5G a rychlonabíječkách.

Klíčoví hráči v odvětví rozšiřují své výrobní kapacity, aby vyhověli stoupající poptávce. Wolfspeed (dříve Cree) zvyšuje svoji továrnu na wafery SiC o průměru 200 mm v New Yorku, s cílem výrazně zvýšit výrobu do roku 2025. onsemi investuje do vertikálně integrované výroby SiC, včetně růstu krystalů a výroby zařízení, aby zajistila dodávky pro zákazníky z automobilového a průmyslového sektoru. STMicroelectronics rozšiřuje svou výrobu zařízení SiC v Itálii a Singapuru, cílenou jak na automobilový, tak trh energie. V segmentu GaN, Infineon Technologies a NXP Semiconductors zvyšují výrobu zařízení GaN-on-silicon pro RF a výkonové aplikace.

Geograficky vede Asie-Pacifik v poptávce a výrobní kapacitě, s významnými investicemi od společností jako ROHM Semiconductor (Japonsko) a Toshiba (Japonsko), stejně jako od čínských účastníků rozvíjejících domácí výrobu SiC a GaN. Severní Amerika a Evropa také zvyšují investice, poháněny přijetím EV a politikou energetického přechodu.

Pokud jde o budoucnost, trh s výrobou polovodičových zařízení WBG by měl růst průměrnou roční mírou (CAGR) 20–25 % od roku 2025 do roku 2030. Tento rozmach je podporován agresivními cíli elektrifikace, modernizací sítí a šířením vysoce efektivní výkonové elektroniky. Jak zrají výrobní technologie a realizují se úspory z rozsahu, očekává se, že zařízení WBG proniknou do širších aplikací, čímž se dále zrychlí růst trhu.

Trendy aplikací: Automobilový průmysl, výkonová elektronika a obnovitelné energie

Výroba polovodičových zařízení s širokým pásmem (WBG) rychle postupuje v roce 2025, poháněna rostoucí poptávkou v automobilovém průmyslu, výkonové elektronice a obnovitelné energii. Karbid křemíku (SiC) a nitrid gallia (GaN) jsou vedoucími materiály WBG, které nabízejí vynikající účinnost, vyšší provozní napětí a tepelnou stabilitu ve srovnání s tradičními křemíkovými zařízeními. Tyto výhody jsou kritické pro vozidla nové generace (EV), rychlonabíjecí infrastrukturu a obnovitelné energetické systémy připojené do sítě.

V automobilovém sektoru urychluje přechod k elektrifikaci přijetí modulů výkonu na bázi SiC pro trakční invertory a palubní nabíječky. Hlavní OEM automobilů a dodavatelé třídy 1 spolupracují s výrobci polovodičů, aby zajistili dodávku zařízení WBG a společně vyvíjeli aplikace. Například Infineon Technologies AG zvýšila svou kapacitu výroby zařízení SiC a dodává SiC MOSFETy pro přední platformy EV. Podobně, onsemi zvýšila svou vertikálně integrovanou dodavatelskou síť SiC, včetně výroby waferů, výroby zařízení a montáže modulů, aby vyhověla rostoucím požadavkům automobilového průmyslu.

V oblasti výkonové elektroniky zařízení WBG umožňují kompaktnější, efektivnější a spolehlivější systémy pro přeměnu energie. Průmyslové pohony motorů, napájení datových center a přenos vysokého napětí DC stále více přijímají tranzistory SiC a GaN, aby snížily energetické ztráty a velikost systému. Wolfspeed, Inc. (dříve Cree) je klíčovým hráčem, provozující jednou z největších továren na wafery SiC na světě a dodávající diskrétní zařízení a moduly výkonu pro průmyslové a obnovitelné energetické aplikace. ROHM Semiconductor také rozšiřuje své portfolio zařízení SiC, zaměřující se jak na automobilový, tak na průmyslový trh.

Systémy obnovitelné energie, zejména solární invertory a měniče větrných turbín, využívají polovodiče WBG k zvýšení účinnosti přeměny a hustoty výkonu. Tento trend se očekává, že se bude zintenzivňovat, jak globální instalace obnovitelné energie urychlují. Společnosti jako STMicroelectronics investují do výroby jak SiC, tak GaN zařízení, zaměřující se na vysoce efektivní přeměnu energie pro solární a energetické systémy pro ukládání energie.

Pokud jde o budoucnost, následující několik let přinese pokračující investice do kapacity výroby zařízení WBG, kdy několik nových továren na wafery SiC o průměru 200 mm přichází na trh. Vedoucí v oboru také usilují o zlepšení kvality waferů, výnosnosti a nákladové efektivnosti, což dále urychlí přijetí napříč automobilovým průmyslem, výkonovou elektronikou a obnovitelnými energiemi. Jak výroba zařízení WBG zraje, technologie je připravena stát se běžnou ve vysoce výkonných energie kritických aplikacích po celém světě.

Dynamika dodavatelského řetězce a zásobování surovinami

Dynamika dodavatelského řetězce a zásobování surovinami pro výrobu polovodičových zařízení s širokým pásmem (WBG) prochází významnou transformací, jelikož odvětví zvyšuje výrobu, aby vyhovělo rostoucí poptávce po elektrických vozidlech, obnovitelné energii a vysokofrekvenčních komunikacích. Materiály WBG, především karbid křemíku (SiC) a nitrid gallia (GaN), vyžadují specializované substráty a prekursorové materiály, což činí jejich dodavatelské řetězce složitější a citlivější než u tradičních křemíkových polovodičů.

V roce 2025 je dodavatelský řetězec SiC charakterizován omezeným počtem vertikálně integrovaných hráčů, kteří ovládají celý proces od růstu krystalů až po výrobu waferů. Wolfspeed (dříve Cree) je globálním lídrem v oblasti materiálů a zařízení SiC, provozující největší zařízení na výrobu materiálů SiC na světě v Severní Karolíně. Společnost rozšiřuje svou kapacitu s novou továrnou na wafery SiC o průměru 200 mm, s cílem čelit akutnímu nedostatku vysoce kvalitních substrátů SiC. Podobně onsemi výrazně investoval do růstu boule a zpracování waferů SiC, a to zakoupením továren v USA a České republice, aby zabezpečil dodavatelský řetězec a podpořil zákazníky z automobilového a průmyslového sektoru.

Na poli GaN je dodavatelský řetězec více rozložený, přičemž klíčoví hráči jako Infineon Technologies a NXP Semiconductors se zaměřují na technologie GaN-on-silicon a GaN-on-SiC pro RF a výkonové aplikace. Tyto společnosti zdobí epitaxiální wafery GaN od specializovaných dodavatelů a zřídily partnerství, aby zajistily stabilní tok vysokopurifikovaných surovin. Dostupnost vysoce kvalitních substrátů GaN zůstává úzkým hrdlem, což nutí investice do nových technik růstu krystalů a procesů recyklace.

Zásobování surovinami pro SiC a GaN je ohroženo potřebou ultra vysoké čistoty prekursorů, jako je silan, amoniak a speciální plyny. Dodavatelé jako Air Liquide a Linde rozšiřují výrobu a čisticí schopnosti svých speciálních plynů, aby podpořily rostoucí trh WBG. Dále, geopolitické faktory a vývozní kontroly na kritické minerály (např. gallium, které podléhá vývozním omezením z Číny) nutí výrobce diverzifikovat zdroje a investovat do domácích dodavatelských řetězců.

Dohledem na budoucnost, následující několik let přinese pokračující vertikální integraci, expanze kapacit a strategická partnerství, jelikož společnosti hledají spolehlivý přístup k materiálům WBG. Odvětví se také zabývá recyklací a přístupy k oběhové ekonomice, aby zmírnilo rizika spojená se surovinami a snížilo environmentální dopad. Jak se zvyšuje poptávka po zařízeních WBG, budou robustní a odolné dodavatelské řetězce klíčové pro podporu další vlny inovací v oblasti polovodičů.

Regulační standardy a iniciativy v průmyslu (např. ieee.org, semiconductors.org)

Regulační prostředí a průmyslové iniciativy kolem výroby polovodičových zařízení s širokým pásmem (WBG) se rychle vyvíjejí, když tyto materiály—především karbid křemíku (SiC) a nitrid gallia (GaN)—vstupují do hlavního proudu výkonové elektroniky, automobilového průmyslu a průmyslových aplikací. V roce 2025 je důraz kladen na harmonizaci standardů, zajištění bezpečnosti dodavatelského řetězce a podporu inovací při současném řešení environmentálních a bezpečnostních obav.

Klíčové odvětvové orgány, jako je IEEE a SEMI, jsou v čele vývoje a aktualizace technických standardů pro výrobu zařízení WBG. IEEE pokračuje v rozšiřování své nabídky standardů, včetně těch pro testování spolehlivosti, kvalifikační postupy a výkonnostní metriky specifické pro zařízení SiC a GaN. Tyto standardy jsou klíčové pro zajištění interoperability a bezpečnosti, jelikož jsou zařízení WBG stále více přijímána v elektrických vozidlech (EV), systémech obnovitelné energie a vysokofrekvenčních komunikacích.

SEMI, představující globální dodavatelský řetězec elektronického průmyslu, zvýšil svůj důraz na materiály WBG skrze svůj Mezinárodní standardizační program. V letech 2024 a 2025 SEMI prioritizoval vývoj standardů založených na konsensu pro specifikace waferů, čistotu a stopovatelnost pro substráty SiC a GaN. Tyto úsilí mají za cíl snížit variabilitu v výkonu zařízení a zlepšit výnosy, což je zásadní pro zvýšení výroby a splnění rostoucí poptávky od automobilového a průmyslového sektoru.

Na regulační frontě vlády ve Spojených státech, Evropě a Asii zavádějí politiky, cílené na zajištění domácích dodavatelských řetězců WBG polovodičů a podporu místní výroby. Semiconductor Industry Association (SIA) aktivně prosazuje zvýšení federálních investic do výzkumu a vývoje WBG a výrobních pobídek, uvádějíc strategický význam těchto materiálů pro energetickou efektivitu a národní bezpečnost. Současně se aktualizují environmentální regulace tak, aby se zohlednily jedinečné odpadové toky a chemické procesy spojené s výrobou SiC a GaN, přičemž průmyslové skupiny spolupracují na vývoji osvědčených postupů pro recyklaci a bezpečné likvidaci.

Průmyslové aliance, jako je PowerAmerica Institute, také hrají klíčovou roli tím, že sdružují výrobce, akademické instituce a vládní agentury za účelem urychlení komercializace technologií WBG. Očekává se, že tyto iniciativy přinesou nové pokyny pro kvalifikaci a spolehlivost zařízení, což dále podporuje přijetí zařízení WBG v kritických aplikacích.

Pokud jde o budoucnost, následující několik let přinese další konvergenci mezinárodních standardů, zvýšenou regulační kontrolu a hlubší spolupráci v rámci WBG hodnotového řetězce. Tato úsilí jsou připravena zvýšit spolehlivost zařízení, zjednodušit globální obchod a zajistit, aby rychlý růst výroby polovodičů WBG probíhal bezpečným, udržitelným a zabezpečeným způsobem.

Výzvy: Náklady, škálovatelnost a spolehlivost

Výroba zařízení s širokým pásmem (WBG) polovodičů—především těch, které vycházejí z karbidu křemíku (SiC) a nitridu gallia (GaN)—čelí trvalým výzvám v nákladech, škálovatelnosti a spolehlivosti, jelikož se odvětví dostává přes rok 2025 do nadcházejících let. Tyto výzvy jsou klíčové pro širší přijetí zařízení WBG v automobilovém, průmyslovém a obnovitelném sektoru.

Náklady zůstávají významnou překážkou. Výroba vysoce kvalitních substrátů SiC a GaN je inherentně dražší než tradiční křemík kvůli složitým procesům růstu krystalů a nižším výnosům materiálu. Například wafery SiC vyžadují sublimaci při vysokých teplotách a přesné řízení vad, což vede k vyšším nákladům na wafer. Přední výrobci, jako Wolfspeed a onsemi, investovali značné prostředky do rozšíření výroby waferů SiC o průměru 200 mm, cílené na snížení nákladů prostřednictvím úspor z rozsahu. Nicméně, k roku 2025 zůstává cenový rozdíl mezi zařízeními SiC/GaN a křemíkovými zařízeními značný, přičemž se očekávají postupné snižování, jak se zvyšuje výrobní kapacita a zlepšují se výnosy.

Škálovatelnost je úzce spojena s náklady. Přechod z waferů o průměru 150 mm na 200 mm je v kurzu, přičemž společnosti jako STMicroelectronics a Infineon Technologies zvyšují výrobní linky waferů o průměru 200 mm. Tento přechod je kritický pro splnění rostoucí poptávky ze strany automobilového (EV) a průmyslového sektoru. Nicméně, rozšíření činí nové výzvy, jako je udržování nízké hustoty vad a uniformity na větších waferách. Průmysl také investuje do pokročilých epixálních a výrobních technologií, aby se vyrovnal s těmito problémy, ale plná zralost a široká dostupnost vysoce kvalitních waferů větších průměrů se očekává teprve v druhé polovině dekády.

Spolehlivost je další klíčovou obavou, zejména pro automobilové a síťové aplikace, kde může selhání zařízení mít závažné následky. Zařízení WBG jsou náchylná k jedinečným mechanizmům selhání, jako je degradace oxidové vrstvy ve SiC MOSFETy a dynamický odpor zapnutí v GaN HEMTs. Společnosti jako ROHM Semiconductor a NXP Semiconductors aktivně vyvíjejí nové architektury zařízení a balící řešení pro zvýšení spolehlivosti, včetně pokročilých pasivačních vrstev a robustních struktur hradel. Průmyslové kvalifikační standardy se rovněž vyvíjejí, přičemž organizace jako JEITA a AEC aktualizují pokyny, aby odrážely specifické potřeby technologií WBG.

Pokud jde o budoucnost, výhled pro výrobu zařízení WBG je opatrně optimistický. Přestože výzvy týkající se nákladů, škálovatelnosti a spolehlivosti přetrvávají, probíhající investice hlavních hráčů v oboru a rychlé rozšiřování výrobní infrastruktury se očekává, že povedou ke stabilním zlepšením. Následující několik let bude rozhodujících, neboť se odvětví pokusí vyvážit zisk z výkonu s výrobitelností a dostupností, aby v konečném důsledku umožnilo širší přijetí polovodičů WBG v kritických aplikacích.

Budoucí výhled: Rušivé příležitosti a investiční centra

Budoucnost výroby polovodičových zařízení s širokým pásmem (WBG) je připravena na významnou disruptaci a investice, poháněny zrychlující se poptávkou po vysoce efektivní výkonové elektronice v elektrických vozidlech (EV), obnovitelné energii a pokročilých průmyslových aplikacích. Do roku 2025 je odvětví svědkem rychlého přechodu z tradičních zařízení založených na křemíku na zařízení využívající karbid křemíku (SiC) a nitrid gallia (GaN), které nabízejí vynikající výkon v oblastech, jako je prahové napětí, tepelná vodivost a rychlost spínání.

Klíčoví hráči, jako jsou Wolfspeed a onsemi, zvyšují své výrobní kapacity waferů a zařízení SiC, přičemž továrna na wafery SiC o průměru 200 mm společnosti Wolfspeed v New Yorku a investice onsemi jak ve Spojených státech, tak v České republice představují významné milníky. Tyto expanze by měly zmírnit problémy s dodávkami a umožnit širší přijetí MOSFETů a diod SiC v automobilovém a průmyslovém sektoru. Infineon Technologies také zvyšuje svou výrobu WBG, zaměřujíc se jak na SiC, tak na GaN, a oznámila nové zařízení v Malajsii a Rakousku, aby vyhověla rostoucí poptávce.

V segmentu GaN investují NXP Semiconductors a STMicroelectronics do výroby zařízení GaN-on-silicon v vysokém objemu, cílí na rychlonabíjení, datová centra a trh infrastruktury 5G. Zejména STMicroelectronics uzavřela strategická partnerství pro zajištění dodávek epitaxie GaN a waferů s cílem zvýšit výrobu pro zařízení automobilového průmyslu.

Investiční centra se objevují v oblastech se silnou vládní podporou a etablovanými semiconductors ekosystémy. Spojené státy, Evropa a Východní Asie vedou, s veřejně-soukromými iniciativami pro lokalizaci dodavatelských řetězců WBG a incentivizaci pokročilé výroby. Například, zákon CHIPS ve Spojených státech a evropský zákon o čipech pomáhají urychlit nové továrny a R&D centra, zatímco země jako Japonsko a Jižní Korea podporují domácí šampiony a společné podniky.

Pokud jde o budoucnost, očekávají se rušivé příležitosti ve vertikální integraci—kde společnosti kontrolují celý hodnotový řetězec od substrátu po hotové zařízení— a v rozvoji waferů o průměru 200 mm a větších, které slibují nižší náklady a vyšší výnosy. Kromě toho budou inovace v epitaxiálním růstu, snižování vad a technologiích balení klíčové pro škálování zařízení WBG do mainstreamové automobilové, síťové a spotřebitelské aplikace. Jak ekosystém zraje, spolupráce mezi výrobci zařízení, dodavateli zařízení a koncovými uživateli se urychlí, což činí výrobní proces polovodičů WBG středem strategických investic a inovací až do konce dvacátých let.

Zdroje a odkazy

• Infineon Technologies AG
• STMicroelectronics
• NXP Semiconductors
• ROHM Semiconductor
• Wolfspeed, Inc.
• Semiconductor Industry Association
• Advanced Micro-Fabrication Equipment Inc.
• KLA Corporation
• ZF Friedrichshafen AG
• Hyundai Motor Company
• Siemens AG
• Toshiba
• Air Liquide
• Linde
• IEEE
• JEITA