半导体的“碳中和”，按下了“快进键”
“2030年碳达峰，2060年碳中和”——这是国家给出的碳中和目标。
但身处半导体赛道的行业巨头们，早就按捺不住内心的渴望，开始向“碳中和”市场进军。尤其是工业领域， 在“碳达峰”“碳中和”的愿景指引下，目前的工业市场正在发生着很多前所未有的历史性的变革，围绕能源管理，能源结构的变化，能源利用的效率，工业市场的这些变化，蕴育着无数的来自关于技术、产业和商业的机会。
在日前举办的“意法半导体2021工业峰会”上，意法半导体总裁兼首席执行官Jean-Marc Chery表示：“2020年12月，我们宣布了将在2027年实现碳中和的承诺，2027年购买的电力100%来自可再生能源发电，是半导体行业中最早承诺实现碳中和的公司。”这个目标也将贯穿整个ST的半导体“大战略”，成为ST后续半导体技术研发和商业化的重要指导。
半导体大厂如何助力“碳中和”？
要实现2027年碳中和的承诺，“节能”和“环保”自然是个中关键。作为在工业领域已有深厚积淀的全球半导体巨头，ST如今的产品线已经全面落实这两大指标。当前，除了广为人知的优势型产品MCU之外，ST目前针对工业领域拥有电机控制、电源管理的STSPIN，以及最新系统级封装氮化镓产品如MasterGaN系列。除此之外，ST还拥有强大的产品组合，以支持电源和能源管理产业的扩张。STPower凭借其中的碳化硅MOSFET、IGBT和碳化硅MOSFET器件在这项技术中占据主导地位。
为了实现碳中和，我们需要将现在化石能源生产转变为清洁能源和可再生能源，意法半导体亚太区功率分立和模拟产品器件部市场和应用副总裁Francesco MUGGERI表示：“其中与电子相关的主要有两个方向——风能和太阳能。首先，我们需要为这两个市场生产更多的电子元件，因为需求在爆发式地增长，我们需要生产更多的产品来支持这些细分市场。”
“第二，正如你提到的那样，我们需要生产适用于这些应用的元件，以减少能源浪费。就此，我再次强调SiC和IGBTs的重要作用。所以，我们需要更大的模块来提高效率，我们也需要引入新的技术。就这一块来说，SiC对于大功率风能和太阳能都是十分理想的。”Francesco MUGGERI强调。
通过各类产品的相互配合，一方面通过增加供给，另一方面提高这些设备在减少损耗方面的能力，进而助力全球加速实现“碳中和”的目标。
第三代半导体的“碳中和”潜力
从半导体技术的角度，要尽快实现“碳中和”，第三代半导体技术的布局自然不可或缺。据Yole数据显示，到2020年底，身为第三代半导体两大主角的碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）功率半导体的全球市场将增长到8.54亿美元。其中，碳化硅（SiC）市场规模约为7.03亿美元，氮化镓（GaN）市场规模约为1.5亿美元。到2025年碳化硅（SiC）市场规模将超过30亿美元，氮化镓（GaN）市场规模将超过6.8亿美元，翻了四倍多。
以SiC为例，由于SiC的宽禁带、高击穿电场、高热传导率和高电子饱和速率的物理性能，使其有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射等优点，可降低下游产品能耗、减少终端体积。碳化硅具有较高的能量转换效率，且不会随着频率的提高而降低，碳化硅器件的工作频率可以达到硅基器件的 10 倍，相同规格的碳化硅基MOSFET总能量损耗仅为硅基IGBT的30%。
这也是为何ST正加速布局全新的第三代半导体产品线的关键所在。据编者了解，针对碳化硅，ST目前已经做了大量投资，比如收购了Norstel，目标是垂直整合供应链，Francesco MUGGERI告诉华强电子网记者：“我们目前的晶圆供应来自两大公司，一家是德国的Wolfspeed Cree，另一家是美国的SiCrystal。目前，我们已经投入生产。为了强化这一点，我们的目标是到2024年，实现40%的内部晶圆供应。为此，（除了瑞典北雪平市的晶圆厂之外）我们还在意大利卡塔尼亚也建了一座晶圆厂，这座新厂正在建设之中，很快就可以投入使用。我想该厂在明年年中基本上就可以使用了。”
另外，在8英寸晶圆样品方面，ST目前也已经有新的进展，Francesco MUGGERI表示：“大家知道目前生产的是6英寸晶圆，但ST已经在生产8英寸晶圆样品，这个消息我们在一个半月前样品出来后已经宣布，这是我们在碳化硅方面正在做的工作。目前，我们已经向市场推出第三代碳化硅技术，不久我们将推出第四代，以后还将推出第五代半导体，在汽车和工业领域都非常适用。”
除此之外，GaN作为更加先进的第三代半导体方案，相比SiC具备更高的电子迁移率，这这意味着氮化镓将是当前市场上极高频率的最佳半导体材料。
针对GaN方面，Francesco MUGGERI透露：“我们已经在法国图尔市投入了氮化镓生产，很快将拥有我们自己的技术。我们一直在对EXAGAN公司进行投资，我们已经收购了该公司的大部分股份，该公司有着非常有趣的专利。我们正在全速前进通过涵盖三个方面的技术。我们将有常开的G-FET，在这种情况下需要在器件内部进行级联配置的氮化镓驱动器。我们也会推出常闭型e-mode GHEMT技术，以及带有嵌入式硅数字门的超快速氮化镓驱动器G-DRIVE，这三个PowerGaN系列都会相继推出。我们在内部为其申请了STPower GaN和STI2GaN商标。STI2GaN主要面向汽车领域。STPower GaN的技术主要面向SMPS领域，同时也在推进射频方面的工作。”
可将，针对“2027年成为全球首家实现碳中和的半导体公司”，如今的ST“底气十足”。正如ST一贯坚持的那样，“2025年以前，ST的用水量将比2016年减少20%。这是公司最近对外透露的官方数据。”这对于一家全球半导体大厂来说，难能可贵。在对可持续、尤其是碳中和的遵循方面，ST也将比市场中的任何其它公司都要站得更高，走得更前，看的更远。