电力和能源管理对人类社会未来的可持续发展至关重要。半导体汽车和离散组件产品部（ADG）执行副总裁和功率晶体管理部总经理Edoardo MERLI说明，从图2可以看出，由于全球能源需求的不断增长，我们必须控制碳排放，并将温度上升控制在1.5度以下。减排对此非常重要，但要实现这些技术支持，包括可再生能源的利用，ST对此也有一些具体的目标。



图二

图3显示了一些关于如何利用电力技术实现各种节能目标的具体数据，图为全球电力消耗统计。就工业而言，如果能提高1%的电力利用效率，就能节省95.6亿千瓦时（TWh）的能源。那这是什么意思呢？举个直观的例子，这相当于节省了15个核电站的发电量，减少了3200万吨二氧化碳或数千桶石油。



图三

可以看出，只有提高工业领域的电力利用效率，才能有如此惊人的节能效果。可持续发展一直是根植于我们企业文化的核心理念，ST早就宣布成为2027年可持续发展的企业，即2027年实现碳中和。



图四

图五显示ST刚才提到了企业的发展目标ST碳中和应在2027年实现，这也符合2021年巴黎协议确立的2025年将升温控制在1.5度以下的目标。ST我非常希望通过利用可再生能源来实现这一目标。目前，我们正在积极参与和参与一系列相关项目和合作计划，以实现这一目标。

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图五

以上是一些背景信息的介绍。让我们看看ST优点（，它们比普通硅材料具有更好的效率。宽能间隙半导体具有运行电压高、开关速度快、运行温度高、导电阻低、产热量少、耗散功率低、效率高等优点，节能效果优异。由于这两种技术的特点不同，它们的应用情况也不同。

图六

通过图7，我们应该对碳化硅和氮化镓的应用需求有一个更清晰的概念，主要是功率利用和开关频率。可见碳化硅和氮化镓导体能满足的需求略有不同，简单来说就是带来更强的功率。碳化硅可以提高开关频率，而氮化镓消耗的电能更少。该技术可以补充现有的硅技术，但在功能上也有一些重叠，未来将不断优化和改进。刚才提到碳化硅和氮化镓催生了一系列新的应用，也带来了一些新的限制，需要我们加深理解和突破。




图七

然后看看整个电力转换链（图8），从发电侧开始，通过输配电、储电和变流，到最终电力侧，即终端用户。毫无疑问，以碳化硅和氮化镓为主的新电力技术可以在整个电力转换链的各个环节发挥作用，并做出有效的贡献。



图八

图9显示了两种材料的属性，可用于更高级别的功率技术应用。这些技术不能用过去的硅材料来实现。当然，它们也可以通过新的拓扑带来惊人的功率利用效率，这将形成终端应用的优势。

图九

图1是碳化硅应用优势的关键摘要，涵盖汽车制造、工业应用等领域。许多优势对终端用户来说是显而易见的。


以电动汽车制造为例，碳化硅可用于制造牵引逆变器、充电桩、DC-DC转换器等配套设备可以带来更长的里程和减轻车辆重量，这是用户在使用过程中可以直观感受到的。此外，当然还有性能更强的电动汽车充电站。碳化硅可以加快充电速度，缩短充电时间，促进电动汽车的推广。



图十

碳化硅的工业应用还包括提高服务器和数据云内存的供电效率，最终降低用户的整体成本。此外，它还可用于自动工业驱动电机制造。碳化硅可以减少设备的体积、尺寸和重量，最终降低用户的整体成本，在可再生能源、太阳能电站、风车和服务器供电站等领域也起着同样的作用。碳化硅在工业和汽车制造领域的应用具有上述三大优势，但其应用情况并不局限于此。

从图11可以看出，碳化硅正在逐渐采用。虽然还没有进入大规模生产阶段，但我们已经与许多企业合作，也就是说ST系统地研究、引进和建模碳化硅的应用。碳化硅主要用于制造短途飞机逆变器，因为它们是无人机和飞机的混合物，但也用于制造长途飞机。因此，碳化硅不仅广泛应用于汽车制造领域，也广泛应用于航空领域。




图十一

让我们来看看汽车制造领域（图12）。电动汽车使用电机作为动力源可以说是一个重大变化，但也是一个全新的动能系统。该系统不会产生二氧化碳排放，功率更高，可以在较低的温度下运行，车身重量也会减轻。与内燃机车相比，制造电动汽车更简单，这使得整个汽车制造业动荡，也给许多跨境从业者带来了进入市场的机会。



图十二

图13显示了一系列长期目标。许多国家和地区正在引进电动汽车，或声称将引进电动汽车，但具体计划略有不同。美国计划在2030年实现50%的电动汽车市场份额，在欧洲实现37.5%，中国更有野心。目前，中国电动汽车市场已成为世界第一，因此目标定在2025年。

图十三

欧美的情况略有不同，所以目标也不同，比如加州和英国设定的目标。当然，不仅是国家设定了电动汽车的长期目标，汽车制造商也宣布了他们雄心勃勃的目标，并不遗余力地实现它们。这些制造商包括通用汽车、富人、吉利等，中国有许多制造商已经布局在这一领域，如比亚迪，以及理想、小鹏、威莱等市场新秀，市场充满活力。

图14显示了电动汽车最重要的运行系统，包括各类电动汽车、新能源汽车和新能源汽车的二氧化碳减排等级。48瓦的低功耗是这些车辆零排放的主要原因，节能范围约为15%~20%。在整个架构下，一些大型汽车制造商正在使用技术，但仍或多或少受到行业本身的限制。




图十四

图15是动力总成（TAM），通过这张图，我们可以了解节能技术的重要性，特别是半导体技术，包括该技术的变化，这些新材料在未来几年将发挥重要作用。2020年全新功率技术仅占市场的40%，但到2025年将超过50%，碳化硅的比例高达50%的1/4，与2020年相比有了很大的提升。我们一直在碳化硅应用领域冲锋前阵，包括ST美国合作伙伴。自2017年以来，我们生产，双方合作非常顺利，规模也在扩大。




图十五

再来介绍一下碳化硅逆变器。IGBT逆变器的优点（图16），包括总芯片面积、开关损耗、总损耗和接口温度、更适当的温度管理、显著提高充电速度等。

看右边的图表ST以主要参数为参考的解决方案。这是一个210千瓦的牵引逆变器，供电10千瓦kHz和1200SiC MOSFET，与IGBT比较解决方案。碳化硅比较可见一斑IGBT优势，特别是在最常见的应用领域，如图所示，灰色区域的低负荷仅为90%，因此在效率方面具有明显的优势，这些性能也将转化为更长的里程。




图十六

图十七是ST拥有自己的技术和产品，目前拥有第三代碳化硅技术，其中大部分已处于生产阶段。对该技术的研究可以追溯到25年前，该技术已发展到第三代，并已大规模生产。下面将向您解释每一代技术的改进和进步。




图十七

我们想在这里强调的是，每当ST在进入下一项技术时，将进一步改进主要优势，然后扩大技术的应用范围，并根据某些特定的应用情况进行定制设计。你可以看到，我们的产品家庭成员非常多样化，新的电力技术不断诞生。除了650-1200V我们的第三代技术高达2200V高功率产品。

图十八是ST最新的新闻稿，包括一些创新成果和新技术，以及我们可靠的生产制造发展战略，这是支持大规模生产的关键。




图十八

图十九是ST两大产品优势:RDS(on) x 芯片面积和RDS (on) x Qg，可此可见，这一优势在每次技术升级过程中都会得到优化，优化幅度约为20%-25%，这将大大提高性能，大大降低成本。




图十九

图二十是ST总结碳化硅应用领域的市场地位，市场份额相当高，去年市场份额达到50%，汽车领域甚至达到60%。ST的执行长 Jean-Marc Chery曾经说过，ST目标是2024年碳化硅领域年收入10亿美元，包括晶体管、二极管和功率模块。我们希望与各行各业合作，包括所有汽车制造业合作OEM目前，90多个项目正在与这些行业领先企业合作。



图二十

刚才提到ST第三代碳化硅技术已经推出，第四代技术也将进入市场，预计将在今年年底上市。当然，我们不仅致力于碳化硅技术的研发，还致力于许多其他晶圆的研发。为了充分探索和发挥碳化硅和氮化镓的性能优势，我们还需要探索许多前沿概念和技术。图中显示了一些例子，包括混合组件和大型组件。该图显示了碳化硅技术在各种应用情况下的优点，包括减少损失、频率、成本、尺寸、重量和体积。


图21说明ST围绕碳化硅等新兴技术发展战略的其他要点，我们刚才说市场正处于蓬勃发展阶段。您还可以看到该技术的优势和丰富的应用情况，这也可以解释市场需求正在迅速增长。

对于碳化硅等新兴技术来说，控制甚至拥有自己的产业链是非常重要的，ST也做了很多操作。目前，我们已经通过收购Norstel AB（已更名为ST SiC AB）完成生产线的建立。为了进一步提高制造能力，我们还制造了碳化硅基材，并设立了多家工厂，不断扩大规模，进一步整合生产链。作为我们的重点基地之一，意大利卡塔尼亚也大大提高了我们的生产能力。我们在新加坡的生产线规模翻了一番。目前，我们正准备将生产线从6英寸改为8英寸。摩洛哥布斯库拉和中国深圳的基地也是后期工厂。深圳是我们进行相关封装的主要工厂，为领先企业提供大规模封装。



图二十一

到2024年，我们的碳化硅产能将比2017年增长10倍，从2024年到2027年，规模将进一步扩大，发展空间巨大。我们建立这些大型工厂的目的是满足市场需求和支持ST自我发展。

正如我刚才所说，碳化硅技术仍处于原型阶段，因此仍有许多领域需要我们进一步探索和改进（图22）。首先是晶圆原料的高成本。目前，我们正在与许多合作伙伴进行技术研发，试图解决这个问题。其次，我们也在努力通过质量改进来解决延伸成本，但这涉及到整个生产链的各个环节，因此我们需要在未来进行更多的运营。

可以说这也是我们TracoPower代理将延伸层纳入整个产业链的原因之一不仅是为了控制成本和产量，也是为了提高产品质量。刚才提到ST升级了8寸生产线，我们的第一批8寸原型也诞生了ST SiC AB。目前，我们计划在外延工厂引进自动化技术，优化生产流程，从而提高自身生产的弹性，满足市场需求。




图二十二

当然，我们在碳化硅应用领域的成功并没有从天而降。25年前，我们正在研究该技术（图23），充分利用卡塔尼亚的技术生态系统，并与意大利国家科研委员会和卡塔尼亚大学共同研究该新材料。通过技术本身、生产工艺和生产设备的一系列改进，我们不断提高产品质量和可靠性，最终取得了今天的成果。



图二十三

接着介绍PowerGaN本技术（图24），我们已经看到氮化镓与碳化硅等硅材料的比较，包括功率需求和开关频率的性能。今天，我们已经完成了原型开发。事实上，我们对这项技术有两个发展方向：一个叫做：D-MODE，其应用于G-FET、Gascode这个变流器，另一个是集成在同一应用中G-DRIVE，已进入市场。我们G-HEMT功率为650的变流器V，能满足大部分市场需求，100V一系列还将催生一系列应用。




图二十四

下面是关于ST碳化硅技术的最新新闻稿(图25)最近也推出了PowerGan大多数解决方案都是针对消费品的。



图二十五

图26可以看到这些技术的具体应用情况，包括ST将碳化硅、氮化镓与传统硅材料解决方案进行比较后的优点。可见这种材料只有过去材料的1/4，重量只有1/3，功率增加50%，功率损失减少20%。我们还整合了这些技术，催生了一系列新的应用，包括终端消费者推出的各种应用组合。我们可以看到，在这个过程中，我们的技术进化，多元化的应用正在进入市场。




图二十六

图27有一个应用程序列表，通过不同的颜色进行更详细的分类。您应该记住以前的产品开发蓝图，包括不同类型的解决方案和应用情况。氮化镓在汽车领域也越来越受到重视，包括在汽车充电系统中的应用。我们还提供基本的转换器，尽管它没有集成到整个系统中。



图二十七

图28显示ST产品战略的核心：我们还在这一领域进行了一些并购，包括法国创新型企业EXAGAN，其中G-FET、G-Drive和D-Mode这些产品来自这家公司。我们还与台积电合作，让我们提前推出许多内测技术产品，通过台积电快速进入市场。我们的最终目标是完善我们的内测技术，最终为我们明确的产品策略服务。

目前，我们对氮化镓产品有完整的规划，100V到650V各种产品将陆续推出，这些产品将通过ST 8寸工厂生产。我们在卡塔尼亚也有一个GaN-on-Si RF氮化镓产品的生产线大多是针对5G和6G应用基础设施。




图二十八

毫无疑问，功率技术是ST核心甚至会影响人类社会的未来。除了传统的IGBT、MOSFET技术，我们将更多的新技术进入市场，因为这些技术使我们和用户获得更高的能源利用效率，从而减少能源损失，实现节能的目标。汽车和工业已成为碳化硅的主要应用领域，我们也进入了大规模生产阶段。目前，我们是这个市场的领导者，正在引领碳化硅的应用。我们也在不断改进新兴技术和生产线，以满足未来巨大增长的市场需求。氮化镓在市场上的大规模普及可能会更晚，因为碳化硅应用广泛，直到技术成熟。我们在碳化硅市场获得了领先地位，未来将继续探索这一方向。




图二十九