浙江在线11月6日讯5G时代，半导体功率器件正在发挥越来越重要的影响。小到充电器，大到高铁、新能源汽车……核心的控制系统都离不开他们。
在生活中，大家比较熟悉的是芯片，但芯片研发出来后并不能直接使用，而是要通过加工成为功率器件，即一个个指甲盖大小的黑盒子，芯片被嵌在盒中，盒外有两三根金属针脚。就是这样的小盒子，在和“电”相关的各个领域发挥着巨大作用。
当前半导体材料已发展至第三代，碳化硅和氮化镓两种材料是第三代半导体功率器件的主流发展方向。相对于传统的硅材料，第三代半导体功率器件体积更小、重量更轻、效率更高。通俗地说，有了碳化硅和氮化镓等功率器件，手机、电脑的充电器可以变得小巧，电动汽车的电源体积可以减小80%左右，卫星的重量可以减少吨级……
在杭州，有这样一家年轻的初创企业——派恩杰半导体(杭州)有限公司，从两年多前创立到现在，他们专注于碳化硅和氮化镓功率器件设计制造，为第三代半导体功率器件国产化拓展了方向。
“我们主要把精力放在碳化硅和氮化镓功率器件研发上，氮化镓器件适合生产消费领域，可以用在充电器和激光雷达等方面；碳化硅器件则更适合高电压大功率应用，一般用在工厂设备、高铁、电动汽车、5G基站等工业场景中，应用场景广阔，是我们重点研发的领域。”派恩杰创始人黄兴介绍。
2019年4月，派恩杰对外发布首款氮化镓产品，这款产品可以降低70%至90%的电源损耗。黄兴说，对于消费级应用如手机快充等，氮化镓可以实现全面的导入和应用。目前5G通信业务正进入快速扩张期，对应的氮化镓功率器件需求持续增长，接下来氮化镓产业换代的步伐将加快。
同年8月，派恩杰发布国内首款6寸第三代碳化硅MOSFET，引起业内的广泛关注。该产品用于充电桩、太阳能及风能并网、高铁、智能电网等，损耗、能效等指标达到国际先进水平，自主研发的碳化硅功率器件水平领跑全国。
半导体行业有一句话：“得碳化硅者得天下”。碳化硅是制造高温、高频、大功率半导体器件的理想衬底材料，综合性能较硅材料可提升上千倍，被誉为固态光源、电力电子、微波射频器件的“核芯”，是光电子和微电子等产业的新“发动机”。
黄兴介绍，随着2019年底第一批国产特斯拉电动车的交付，碳化硅功率器件相关领域全面取代硅基IGBT的趋势也越来越明显。特别是碳化硅带来的高效率、低重量、小体积，以及在散热与并联方面的易用性，对于新能源汽车的整体设计至关重要。另外，第五代(5G)无线网络协议、无人驾驶和自动汽车、交通电气化、增强现实和虚拟现实(AR/VR)等产业正在蓬勃发展，这些应用正在推动3D传感的应用，提高功率模块效率和更高频率的通信应用，而所有这些新发展背后的关键器件都是由第三代碳化硅半导体制造而成。
不过，氮化镓和碳化硅器件产品上要实现突破并没有想象中简单。据介绍，功率器件的生产在外延片基础上，要进行薄膜沉积、掩模光刻、离子注入、金属沉积等步骤。产品的结构设计和工艺流程设计都是不停尝试，不断积累，最终才能生产出满足客户需求的产品。而对国内企业来说，根据客户的需求，定制化研发和量产碳化硅产品是最薄弱的环节。
作为一家初创企业，派恩杰目前采用代工方式生产相关产品。不过他们把目光放得更长远，派恩杰正在筹划在国内建成自己的生产线，计划年流片能力6万片碳化硅6英寸芯片，年产值在20亿元左右。“生产线落地之后，可以实现碳化硅功率器件生产的完全国有自主可控。”黄兴说，碳化硅材料实现量产后，将打破国外垄断，推动国内5G芯片技术和生产能力的提升。
