Производство полупроводниковых устройств с широким запрещённым зоной в 2025 году: Открытие беспрецедентной эффективности и мощности на ближайшие пять лет. Узнайте, как технологии SiC и GaN меняют ландшафт электроники.

• Резюме: Прогноз рынка на 2025 год и ключевые факторы
• Обзор технологии: SiC, GaN и новые материалы с широким запрещённым зоной
• Инновации в процессе производства и оптимизация выхода
• Основные игроки и стратегические партнёрства (например, cree.com, infineon.com, onsemi.com)
• Объём рынка, сегментация и прогнозы роста CAGR на 2025–2030 годы
• Тенденции применения: Автомобильная промышленность, силовая электроника и возобновляемая энергия
• Динамика цепочки поставок и источники сырья
• Регуляторные стандарты и инициативы в отрасли (например, ieee.org, semiconductors.org)
• Вызовы: стоимость, масштабируемость и надёжность
• Будущий прогноз: разрушительные возможности и центры инвестиций
• Источники и ссылки

Резюме: Прогноз рынка на 2025 год и ключевые факторы

Сектор производства полупроводниковых устройств с широким запрещённым зоной (WBG) готов к сильному росту в 2025 году, чему способствует растущий спрос на высокоэффективную силовую электронику в автомобильной, промышленной и возобновляемой энергетике. Материалы WBG, такие как карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN), позволяют создавать устройства с высокой устойчивостью к напряжению, термостойкостью и скоростью переключения, по сравнению с традиционным кремнием, что делает их критически важными для систем электрификации и преобразования энергии следующего поколения.

В 2025 году автомобильная промышленность остаётся основным катализатором, производители электрических автомобилей (EV) всё чаще интегрируют SiC-модули питания для повышения эффективности силовых агрегатов и увеличения запаса хода. Ведущие поставщики автомобилей и производители полупроводников, включая Infineon Technologies AG, STMicroelectronics и onsemi, расширяют свои портфели SiC и увеличивают объёмы производства, чтобы удовлетворить растущий спрос со стороны OEM. Например, Infineon Technologies AG объявила о значительных инвестициях в новые линии производства пластин SiC, в то время как STMicroelectronics увеличивает свою вертикально интегрированную цепочку поставок SiC для обеспечения долгосрочного роста.

Параллельно производство устройств GaN набирает обороты, особенно в быстрой зарядке потребительской электроники, дата-центрах и новой инфраструктуре 5G. Такие компании, как NXP Semiconductors и ROHM Semiconductor, продвигают технологии GaN на кремнии и GaN на SiC, нацеленные на повышение плотности мощности и улучшение энергетической эффективности. Ожидается, что переход на обработку пластин диаметром 200 мм как для SiC, так и для GaN ещё больше снизит затраты и повысит показатели выхода устройств, при этом крупные производители и IDMs инвестируют в новые линии производства и оптимизацию процессов.

Устойчивость цепочки поставок и доступность материалов остаются ключевыми вызовами в 2025 году, поскольку отрасль сталкивается с ограниченным производством подложек и необходимостью в высокопурных, бездефектных пластинах. Чтобы справиться с этими ограничениями, такие компании, как Wolfspeed, Inc., расширяют свои возможности по выращиванию кристаллов и производству пластин, в то время как партнёрства между производителями устройств и поставщиками подложек усиливаются для обеспечения долгосрочных соглашений о поставках.

Смотрим в будущее, прогноз для производства полупроводниковых устройств WBG выглядит очень положительно, при этом отраслевые организации, такие как Semiconductor Industry Association, подчеркивают продолжающиеся инвестиции в НИОКР, инновации в процессах и сотрудничество в экосистеме. По мере глобального ускорения тенденций электрификации и цифровизации, производство полупроводниковых устройств WBG должно сыграть ключевую роль в обеспечении более эффективной, компактной и надёжной силовой электроники в различных секторах до 2025 года и позже.

Обзор технологии: SiC, GaN и новые материалы с широким запрещённым зоной

Производство полупроводниковых устройств с широким запрещённым зоной (WBG) находится на переднем крае инноваций в области силовой электроники, чему способствует превосходство материалов карбида кремния (SiC), нитрида галлия (GaN) и новых соединений, таких как оксид галлия (Ga₂O₃) и нитрид алюминия (AlN). На 2025 год в отрасли наблюдается быстрое увеличение масштабов производства как SiC, так и GaN-устройств, с значительными инвестициями в новые производственные мощности, оптимизацию процессов и расширение цепочек поставок.

Производство SiC-устройств значительно выросло, с ведущими производителями, такими как Wolfspeed, STMicroelectronics и onsemi, наращивающими производство пластин SiC диаметром 200 мм. Например, Wolfspeed открыла крупнейший в мире завод по производству материалов SiC в Северной Каролине, посвящённый производству пластин диаметром 200 мм, который, как ожидается, значительно увеличит выход устройств и снизит затраты за счёт эффекта масштаба. Переход от пластин диаметром 150 мм к 200 мм является значимым событием, позволяющим увеличить объемы и поддерживать растущий спрос со стороны электрических автомобилей (EV), возобновляемых источников энергии и промышленного сектора.

Производство GaN-устройств, хотя и использует некоторые устаревшие кремниевые инфраструктуры, сталкивается с уникальными вызовами из-за несоответствия решётки и управления теплом. Такие компании, как Infineon Technologies и NXP Semiconductors, развивают технологии GaN на кремнии и GaN на SiC, нацеленные на высокочастотные и высокоэффективные приложения, такие как базовые станции 5G, дата-центры и быстрая зарядка. Например, Infineon расширила свои мощности по производству GaN в Австрии, нацеленная как на дискретные, так и на интегрированные силовые решения.

Новые материалы WBG также набирают популярность. Оксид галлия (Ga₂O₃) и нитрид алюминия (AlN) предлагают ещё более широкий запрещённый диапазон и более высокие поля пробоя, чем SiC и GaN, обещая устройства следующего поколения с беспрецедентными значениями напряжения и эффективности. Хотя коммерческое производство устройств всё ещё находится на ранних стадиях, исследовательские и опытные линии создаются игроками отрасли и консорциумами, с ожиданиями выхода на рынок во второй половине десятилетия.

Смотрим вперёд, в ближайшие несколько лет будут продолжены инвестиции в передовые технологии эпитаксии, обработки пластин и упаковки устройств. Вертикальная интеграция, которую преследуют Wolfspeed и STMicroelectronics, ожидается, что усилит устойчивость цепочки поставок и ускорит инновации. Акцент в отрасли смещается в сторону более высоких классов напряжения, улучшенной надёжности и масштабируемого производства, что ставит полупроводники WBG в основу будущей силовой электроники.

Инновации в процессе производства и оптимизация выхода

Производство полупроводниковых устройств с широким запрещённым зоной (WBG)—преимущественно на основе карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN)—претерпевает быстрые инновации в 2025 году, чему способствуют растущий спрос на высокоэффективную силовую электронику в автомобилестроении, промышленности и возобновляемых источниках энергии. Ключевые усовершенствования процессов сосредоточены на улучшении качества материалов, увеличении размеров пластин и оптимизации выхода устройств для достижения как производственных, так и ценовых целей.

Основной тенденцией является переход от 150 мм к 200 мм пластинам SiC, который обещает значительное снижение затрат на каждую единицу и более высокую отдачу. Ведущие производители, такие как Wolfspeed и onsemi, объявили о массовом производстве пластин SiC диаметром 200 мм, при этом Wolfspeed управляет крупнейшим в мире заводом, специально предназначенным для производства пластин SiC диаметром 200 мм, в Нью-Йорке. Это увеличение обеспечивается за счёт усовершенствований в технологиях роста кристаллов, таких как физическая паровая транспортировка (PVT), и продвинутых процессов обработки пластин, которые уменьшают плотность дефектов и обеспечивают более высокий выход устройств.

В производстве устройств GaN инновации в эпитаксиальном росте—особенно в металлическом органическом химическом осаждении (MOCVD)—улучшают однородность материалов и снижают плотность дислокаций. Такие компании, как Infineon Technologies и NXP Semiconductors, инвестируют в передовые технологии буферных слоёв и инжиниринг подложек, чтобы ещё больше улучшить надёжность и удобство производства устройств. Применение подложек GaN на кремнии также набирает популярность, так как оно использует существующие кремниевые заводы и позволяет экономически выгодно масштабировать производство.

Оптимизация выхода остаётся центральной задачей, учитывая чувствительность устройств WBG к кристаллическим дефектам и вариациям процесса. Передовые системы инлайн-метрологии и инспекции вводятся для раннего обнаружения и устранения дефектов, ограничивающих выход. Advanced Micro-Fabrication Equipment Inc. и KLA Corporation являются одними из поставщиков, предлагающих критически важные инструменты контроля процесса, адаптированные для материалов WBG. Кроме того, стратегии интеграции процессов—такие как оптимизированная ионная имплантация, отжиг и поверхностная пассивация—усовершенствовываются для минимизации вариативности устройств и максимизации производительности.

Смотрим вперёд, в ближайшие несколько лет будет наблюдаться дальнейшая автоматизация и цифровизация заводов по производству устройств WBG, с всё большим применением искусственного интеллекта и машинного обучения для управления процессами и управления выходом. Ожидается, что совместные усилия между производителями устройств, поставщиками оборудования и производителями материалов возрастут с целью стандартизации процессов и дальнейшего снижения затрат. Таким образом, производство устройств WBG готово к значительному увеличению как по масштабу, так и по эффективности, поддерживая более широкие тенденции электрификации и декарбонизации в различных отраслях.

Основные игроки и стратегические партнёрства (например, cree.com, infineon.com, onsemi.com)

Сектор производства полупроводниковых устройств с широким запрещённым зоной (WBG) претерпевает быструю эволюцию в 2025 году, чему способствует растущий спрос на высокоэффективную силовую электронику в автомобилестроении, возобновляемых источниках энергии и промышленности. Рынок формируется несколькими основными игроками, каждый из которых использует свои уникальные технологические преимущества и устанавливает стратегические партнёрства для ускорения инноваций и масштабирования.

Ведущей силой в производстве устройств на основе карбида кремния (SiC) является Wolfspeed, Inc. (ранее Cree, Inc.), которая управляет крупнейшими в мире заводами по производству материалов и устройств SiC. Завод Wolfspeed в Мохавке диаметром 200 мм, действующий с 2022 года, наращивает производство в 2025 году, чтобы удовлетворить экспоненциальный рост спроса на электрические автомобили (EV) и промышленные технологии. Компания заключила многолетние соглашения о поставках с крупнейшими производителями автомобилей и поставщиками первого уровня, включая Mercedes-Benz Group AG и ZF Friedrichshafen AG, для поставки устройств питания SiC для платформ следующего поколения EV.

Другим доминирующим игроком является Infineon Technologies AG, которая расширяет свой портфель устройств SiC и нитрида галлия (GaN) с значительными инвестициями в свои фабрики в Кулиме, Малайзия, и Виллахе, Австрия. Стратегические партнёрства Infineon с автомобильными и промышленными лидерами, такими как Hyundai Motor Company и Siemens AG, сосредоточены на интеграции устройств WBG в решения для электромобильности и интеллектуальных сетей. В 2025 году Infineon также сотрудничает с поставщиками оборудования для оптимизации обработки пластиков диаметром 200 мм, нацеливаясь на снижение затрат и улучшение выхода устройств.

onsemi активно увеличивает производство устройств SiC, выставив на продажу и расширив свои возможности по выращиванию и обработке пластиков SiC. Вертикально интегрированная цепочка поставок компании является ключевым отличием, обеспечивая более строгий контроль качества и гарантии поставок. Партнёрства onsemi с мировыми производителями автомобилей, включая Honda Motor Co., Ltd., ускоряют внедрение MOSFET и диодов SiC в силовые агрегаты EV и зарядной инфраструктуре.

Другими значительными игроками являются STMicroelectronics, которая инвестирует в производство как SiC, так и GaN-устройств, и ROHM Co., Ltd., которая расширяет свои мощности по производству пластин SiC и устройств в Японии и Малайзии. Обе компании ведут сотрудничество с автомобильными и промышленными партнёрами для совместной разработки специфических решений WBG.

Смотрим в будущее, в ближайшие несколько лет усилится сотрудничество между производителями устройств, автомобильными OEM и поставщиками оборудования. Основное внимание будет уделено масштабированию технологии 200 мм пластин, улучшению надёжности устройств и снижению затрат для массового принятия полупроводников WBG. Стратегические партнёрства и соглашения о поставках останутся центральными для обеспечения доли рынка и стимулирования инноваций в этом динамичном секторе.

Объём рынка, сегментация и прогнозы роста CAGR на 2025–2030 годы

Мировой рынок для производства полупроводниковых устройств с широким запрещённым зоной (WBG) готов к сильному росту с 2025 по 2030 годы, чему способствует растущий спрос на электрические автомобили (EV), системы возобновляемой энергии, промышленную автоматизацию и высокочастотные коммуникации. Материалы WBG—преимущественно карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN)—обеспечивают устройства с более высокой эффективностью, большей плотностью мощности и превосходными термическими характеристиками по сравнению с традиционными кремниевыми полупроводниками.

В 2025 году рынок производства устройств WBG, как ожидается, превысит 3 миллиарда долларов США ежегодной выручки, причём устройства SiC будут составлять наибольшую долю, особенно в автомобильных и промышленных силовых модулях. Рынок сегментирован по материалу (SiC, GaN, другие), типу устройства (силовые транзисторы, диоды, RF-устройства), конечному использованию (автомобили, промышленность, потребительская электроника, энергетика, телекоммуникации) и географии. MOSFET SiC и диоды Шоттки быстро применяются в инверторах EV и зарядной инфраструктуре, в то время как HEMT GaN набирают популярность в базовых станциях 5G и быстрых зарядных устройствах.

Ключевые игроки в отрасли расширяют свои производственные мощности, чтобы удовлетворить растущий спрос. Wolfspeed (ранее Cree) наращивает свой завод по производству 200 мм пластин SiC в Нью-Йорке, нацеливаясь на значительное увеличение производства к 2025 году. onsemi инвестирует в вертикально интегрированное производство SiC, включая выращивание кристаллов и производство устройств, чтобы обеспечить поставки для клиентов в автомобильной и промышленной областях. STMicroelectronics расширяет производство устройств SiC в Италии и Сингапуре, нацеливаясь как на автомобильный, так и на энергетический рынки. В секторе GaN Infineon Technologies и NXP Semiconductors увеличивают производство устройств GaN на кремнии для RF- и силовых приложений.

Географически, Азиатско-Тихоокеанский регион лидирует как в спросе, так и в производственных мощностях, с значительными инвестициями от таких компаний, как ROHM Semiconductor (Япония) и Toshiba (Япония), а также китайских участников, расширяющих внутреннее производство SiC и GaN. Северная Америка и Европа также увеличивают инвестиции, стимулируемые принятием EV и политикой перехода к энергетике.

Смотрим в будущее, ожидается, что рынок производства полупроводников WBG будет расти с составным годовым темпом роста (CAGR) 20–25 % с 2025 до 2030 года. Это расширение поддерживается агрессивными целями электрификации, модернизацией сетей и распространением высокоэффективной силовой электроники. По мере того как технологии производства становятся более зрелыми, а экономики объёмов реализуются, ожидается, что устройства WBG проникнут в более широкий спектр приложений, ещё больше ускоряя рост рынка.

Тенденции применения: Автомобильная промышленность, силовая электроника и возобновляемая энергия

Производство полупроводниковых устройств с широким запрещённым зоной (WBG) быстро развивается в 2025 году, чему способствует растущий спрос в автомобильной, силовой электронике и секторах возобновляемой энергии. Карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN) являются ведущими материалами WBG, предлагая превосходную эффективность, работу на более высоких напряжениях и термическую стабильность по сравнению с традиционными кремниевыми устройствами. Эти преимущества критически важны для электрических автомобилей (EV) следующего поколения, инфраструктуры быстрой зарядки и сетей возобновляемой энергии, соединённых с электрической сетью.

В автомобильном секторе, переход к электрификации ускоряет внедрение SiC-модулей питания для инверторов тяги и бортовых зарядных устройств. Крупные OEM и поставщики первого уровня сотрудничают с производителями полупроводников для обеспечения поставок устройств WBG и совместной разработки специфических решений. Например, Infineon Technologies AG увеличила свои мощности по производству устройств SiC и поставляет MOSFET SiC для ведущих платформ EV. Аналогично, onsemi наращивает свою вертикально интегрированную цепочку поставок SiC, включая производство пластин, производство устройств и сборку модулей, чтобы удовлетворить растущий спрос в автомобильной отрасли.

В силовой электронике устройства WBG обеспечивают более компактные, эффективные и надёжные системы преобразования энергии. Промышленные приводные motor drives, источники питания для дата-центров и высоковольтная DC-трансмиссия всё чаще используют транзисторы SiC и GaN для снижения потерь энергии и размера системы. Wolfspeed, Inc. (ранее Cree) является ключевым игроком, управляя одним из крупнейших заводов по производству пластин SiC в мире и поставляя дискретные устройства и модули питания для промышленных и возобновляемых источников энергии. ROHM Semiconductor также расширяет свой портфель устройств SiC, нацеливаясь как на автомобильные, так и на промышленные рынки.

Системы возобновляемой энергии, особенно солнечные инверторы и преобразователи ветряных турбин, используют полупроводники WBG для повышения эффективности преобразования и плотности мощности. Эта тенденция ожидается возрасти по мере ускорения глобального развертывания возобновляемой энергии. Такие компании, как STMicroelectronics, инвестируют как в производство SiC, так и GaN-устройств, сосредоточив внимание на высокоэффективном преобразовании энергии для солнечных и систем хранения энергии.

Смотрим в будущее, в ближайшие несколько лет будет продолжено инвестирование в мощности по производству устройств WBG, с появлением нескольких новых заводов по производству пластин SiC диаметром 200 мм. Лидеры отрасли также работают над улучшением качества, выхода и эффективности производства пластин, что ещё больше ускорит принятие технологий в секторах автомобилизации, силовой электроники и возобновляемой энергии. По мере того как производство устройств WBG становится более зрелым, технологии готовы стать мейнстримом в высокоэффективных, критически важных приложениях во всем мире.

Динамика цепочки поставок и источники сырья

Динамика цепочки поставок и источники сырья для производства полупроводниковых устройств с широким запрещённым зоной (WBG) претерпевают значительные изменения, поскольку отрасль наращивает производства для удовлетворения растущего спроса на электрические автомобили, возобновляемую энергетику и высокочастотные связи. Материалы WBG, преимущественно карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN), требуют специализированных подложек и предшественников, что делает их цепочки поставок более сложными и чувствительными по сравнению с традиционными кремниевыми полупроводниками.

В 2025 году цепочка поставок SiC характеризуется ограниченным числом вертикально интегрированных игроков, которые контролируют весь процесс от роста кристаллов до обработки пластин. Wolfspeed (ранее Cree) является мировым лидером в области материалов и устройств SiC, управляя крупнейшим в мире заводом по производству материалов SiC в Северной Каролине. Компания расширяет свои мощности, открыв новый завод по производству пластин SiC диаметром 200 мм, чтобы решить проблему дефицита высококачественных подложек SiC. Аналогично, onsemi значительно инвестирует в производство кристаллов и обработку пластин SiC, приобретая объекты в США и Чехии, чтобы обеспечить свою цепочку поставок и поддержать автомобильных и промышленных клиентов.

На фронте GaN цепочка поставок более распределена, с ключевыми игроками, такими как Infineon Technologies и NXP Semiconductors, сосредоточенными на технологиях GaN на кремнии и GaN на SiC для RF- и силовых приложений. Эти компании получают эпитаксиальные пластины GaN от специализированных поставщиков и создают партнёрства для обеспечения стабильного потока высокопурных сырьевых материалов. Наличие высококачественных подложек GaN остаётся узким местом, что побуждает производить инвестиции в новые технологии роста кристаллов и процессы переработки.

Закупка сырья как для SiC, так и для GaN сталкивается с проблемами из-за необходимости в предшественниках с ультравысокой чистотой, таких как силан, аммиак и специальные газы. Поставщики, такие как Air Liquide и Linde, расширяют свои возможности производства и очистки специальных газов, чтобы поддержать растущий рынок WBG. Кроме того, геополитические факторы и экспортные ограничения на критически важные минералы (например, галлий, на который наложены экспортные ограничения со стороны Китая) побуждают производителей диверсифицировать источники и инвестировать в внутренние цепочки поставок.

Смотрим в будущее, в ближайшие несколько лет продолжатся вертикальная интеграция, расширение производственных мощностей и стратегические партнёрства, так как компании стремятся обеспечить надёжный доступ к материалам WBG. Отрасль также исследует методы переработки и подходы к замкнутой экономике для снижения рисков, связанных с сырьём, и уменьшения экологического воздействия. Поскольку спрос на устройства WBG ускоряется, надёжные и устойчивые цепочки поставок будут необходимы для поддержки следующей волны инноваций в области полупроводников.

Регуляторные стандарты и инициативы в отрасли (например, ieee.org, semiconductors.org)

Регуляторный ландшафт и отраслевые инициативы, касающиеся производства полупроводниковых устройств с широким запрещённым зоной (WBG), быстро развиваются, поскольку эти материалы—преимущественно карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN)—входят в основные области силовой электроники, автомобилестроения и промышленности. В 2025 году акцент сделан на гармонизацию стандартов, обеспечение безопасности цепочки поставок и стимулирование инноваций, одновременно обращая внимание на экологические и безопасностные аспекты.

Ключевые отраслевые организации, такие как IEEE и SEMI, находятся на переднем крае разработки и обновления технических стандартов для производства устройств WBG. IEEE продолжает расширять свой портфель стандартов, включая те, которые касаются испытаний на надёжность, процедур квалификации и производственных показателей, специфичных для устройств SiC и GaN. Эти стандарты имеют решающее значение для обеспечения совместимости и безопасности, поскольку устройства WBG всё чаще внедряются в электрические автомобили (EV), системы возобновляемой энергии и высокочастотные коммуникации.

SEMI, представляя мировую цепочку поставок электроники, усиленно сосредоточилась на материалах WBG в рамках своей Международной программы стандартов. В 2024 и 2025 годах SEMI приоритезировала разработку стандартов, ориентированных на консенсус, для спецификаций пластин, чистоты и отслеживаемости подложек SiC и GaN. Эти усилия направлены на снижение изменчивости в производительности устройств и улучшение выходов, которые важны для масштабирования производства и удовлетворения растущего спроса со стороны автомобильного и промышленного секторов.

На регуляторном фронте правительства США, Европы и Азии принимают меры по обеспечению внутренней цепочки поставок полупроводников WBG и стимулированию местного производства. Ассоциация полупроводниковой промышленности (SIA) активно выступает за увеличение федеральных инвестиций в НИОКР и производственные стимулы для WBG, подчеркивая стратегическое значение этих материалов для повышения энергоэффективности и национальной безопасности. Параллельно обновляются экологические регуляции, чтобы разобраться с уникальными отходами и химическими процессами, связанными с производством SiC и GaN, и отраслевые группы сотрудничают для разработки лучших практик для переработки и безопасной утилизации.

Отраслевые альянсы, такие как Институт PowerAmerica, также играют ключевую роль, объединяя производителей, академические учреждения и государственные агентства для ускорения коммерциализации технологий WBG. Ожидается, что эти инициативы приведут к новым рекомендациям по квалификации и надёжности устройств, далее поддерживая внедрение устройств WBG в критически важных приложениях.

Смотрим в будущее, в следующие несколько лет будет наблюдаться дальнейшая конвергенция международных стандартов, увеличение регуляторного контроля и более глубокое сотрудничество в цепочке создания стоимости WBG. Эти усилия должны повысить надёжность устройств, упростить глобальную торговлю и обеспечить безопасное, устойчивое и защищённое развитие быстрого роста производства полупроводников WBG.

Вызовы: стоимость, масштабируемость и надёжность

Производство полупроводниковых устройств с широким запрещённым зоной (WBG)—преимущественно на основе карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN)—сталкивается с постоянными трудностями в отношении стоимости, масштабируемости и надёжности по мере того, как отрасль переходит через 2025 год и в последующие годы. Эти проблемы являются центральными для более широкого принятия устройств WBG в автомобильной, промышленной и возобновляемой энергетике.

Стоимость остаётся значительным барьером. Производство высококачественных подложек SiC и GaN изначально дороже, чем традиционного кремния из-за сложных процессов роста кристаллов и низкой выходной производительности материалов. Например, пластины SiC требуют высокотемпературной сублимации и точного контроля дефектов, что приводит к более высоким затратам на каждую пластину. Ведущие производители, такие как Wolfspeed и onsemi, значительно инвестируют в расширение производства пластиков SiC диаметром 200 мм, стремясь снизить затраты за счёт экономии от масштаба. Однако на 2025 год разница в цене между устройствами SiC/GaN и кремниевыми устройствами остаётся значительной, хотя ожидаются поэтапные сокращения по мере увеличения объёмов производства и улучшения выходов.

Масштабируемость тесно связана с затратами. Переход от пластиков диаметром 150 мм к 200 мм продолжается, при этом такие компании, как STMicroelectronics и Infineon Technologies наращивают линии по производству пластин SiC-п диаметром 200 мм. Этот переход критически важен для удовлетворения растущего спроса со стороны автомобильного (EV) и промышленных рынков. Однако увеличение объёмов осложняет новые задачи, такие как поддержание низкой плотности дефектов и однородности на более больших пластинах. Отрасль также инвестирует в передовые технологии эпитаксии и обработки пластин для решения этих проблем, но полного созревания и широкого наличия высококачественных пластин большого диаметра не ожидается до второй половины десятилетия.

Надёжность также является важной заботой, особенно для автомобильных и сетевых приложений, где сбои устройств могут иметь серьёзные последствия. Устройства WBG подвержены уникальным механизмам отказа, таким как деградация оксида затвора в MOSFET SiC и динамическому сопротивлению на включение в GaN HEMT. Такие компании, как ROHM Semiconductor и NXP Semiconductors, активно разрабатывают новые архитектуры устройств и решения упаковки для повышения надёжности, включая передовые пассивирующие слои и прочные конструкции затворов. Отраслевые стандарты квалификации также развиваются, с организациями, такими как JEITA и AEC, обновляющими рекомендации с учётом специфических потребностей технологий WBG.

Смотрим в будущее, прогноз для производства полупроводниковых устройств WBG оптимистичен, хотя вызовы в отношении стоимости, масштабируемости и надёжности сохраняются. Ожидается, что продолжающиеся инвестиции крупных игроков отрасли и быстрое расширение производственной инфраструктуры приведут к стабильным улучшениям. Следующие несколько лет станут решающими, поскольку отрасль стремится сбалансировать приросты производительности с возможностью производства и доступностью, в конечном итоге позволяя более широкое принятие полупроводников WBG в критически важных приложениях.

Будущий прогноз: разрушительные возможности и центры инвестиций

Будущее производства полупроводниковых устройств с широким запрещённым зоной (WBG) готово к значительным изменениям и инвестициям, вызванным растущим спросом на высокоэффективную силовую электронику для электрических автомобилей (EV), возобновляемой энергии и сложных промышленных приложений. На 2025 год отрасль наблюдает быстрое переход от традиционных устройств на основе кремния к устройствам, использующим карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN), которые предлагают превосходные показатели в отношении напряжения пробоя, теплопроводности и скорости переключения.

Ключевые игроки, такие как Wolfspeed и onsemi, расширяют свои мощности по производству пластиков и устройств SiC, при этом завод по производству пластиков SiC диаметром 200 мм в Нью-Йорке и инвестиции onsemi как в США, так и в Чехии отмечают важные вехи. Ожидается, что эти расширения снимут ограничения по поставкам и позволят шире внедрять MOSFET и диоды SiC в автомобильных и промышленных секторах. Infineon Technologies также увеличивает своё производство WBG, фокусируясь как на SiC, так и на GaN, и объявила о новых объектах в Малайзии и Австрии для удовлетворения растущего спроса.

В сегменте GaN, NXP Semiconductors и STMicroelectronics инвестируют в массовое изготовление устройств GaN на кремнии, нацеливаясь на быструю зарядку, дата-центры и инфраструктуру 5G. Особенно STMicroelectronics заключила стратегические партнёрства для обеспечения поставок эпитаксии GaN и пластиков, целя на увеличение производства для авто-марки устройств.

Центры инвестиций появляются в регионах с сильной поддержкой政府 и устоявшимися экосистемами полупроводников. Соединенные Штаты, Европа и Восточная Азия являются лидерами, в них наблюдаются государственно-частные инициативы по локализации цепочек поставок WBG и стимулирования передового производства. Например, Закон о полупроводниках (CHIPS Act) в США и Закон о полупроводниках в Европе (European Chips Act) стимулируют создание новых заводов и НИОКР, в то время как такие страны, как Япония и Южная Корея, поддерживают отечественных лидеров и совместные предприятия.

Смотрим вперед, ожидаются разрушительные возможности в вертикальной интеграции—где компании контролируют всю цепь создания стоимости от подложки до готового устройства—и в разработке пластиков диаметром 200 мм и более, которые обещают снизить затраты и повысить выход. Дополнительно, достижения в области эпитаксиального роста, снижения дефектов и технологий упаковки будут критически важны для масштабирования устройств WBG в основные автомобили, сети и потребительские применения. По мере созревания экосистемы сотрудничество между производителями устройств, поставщиками оборудования и конечными пользователями будет ускоряться, что сделает производство полупроводников WBG центром стратегических инвестиций и инноваций до конца 2020-х годов.

Источники и ссылки

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