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一位科学家的自述:曾为世界节省15%的电量,如今找到硅的替代物

Alexander Lidow 2017年06月15日

这位在40年前成为博士的科学家曾为世界节省了15%电量,如今他正继续自己的创新之旅,为人类找到了硅的全新替代材料。

图片来源:EPC

我父亲常常教导我:一个人的真正价值,是通过他对社会所作出的贡献来衡量的。

1975年我进入研究生院学习,那时我的兴趣在半导体领域,并且认为我对社会最大的贡献,就是找到可以替代硅的半导体材料。我的研究生毕业课题从围绕砷化镓展开,但是直到在1977年获得博士学位后,我才发现,作为一种半导体材料,砷化镓受其基本材料特性所影响,它的应用前景非常有限,于是我转而专注于研究如何制造出更好的硅基器件。

其后,我和研究院的同事汤姆·赫尔曼一同加入了国际整流器公司。公司安排我们开发一种性能更高的双极型晶体管,可用于高频开关应用,例如电脑的电源。

汤姆和我决定专注于研究如何利用金属氧化物半导体(MOS)制造出功率场效应晶体管(FET),而非双极型晶体管。事实证明我们是成功的。

我和汤姆取得这些MOSFET器件及其背后技术的专利权。功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)最终成为了目前300亿美元市场规模的电源转换核心技术,而我们的专利权也为公司带来了将近10亿美元的专利权费。功率MOSFET技术为全世界节约了至少15%的用电量。

后来,我从研发部门转到制造部门,并在之后的18年里,担任国际整流器公司的CEO。然而,我一直还是希望寻找到一种可以替代硅材料的全新半导体材料。随后虽然基于MOSFET的电源转换集成电路的业务达数十亿美元,但在本世纪初,我们意识到于功率转换领域,硅器件已经达到它的性能极限。

1999年,日本的研究人员成功在标准硅晶圆上生成氮化镓层,这种组合似乎克服了砷化镓的许多局限性。氮化镓材料比硅优胜6,000倍,且更加坚固耐用,因此可以使用标准的制造硅器件的设备,这样,生产氮化镓薄层不会增加太多工艺成本,实现了性能更高并且成本更低的器件,看起来就是一项成功的公式。

2007年,我创立了宜普电源转换公司(EPC),旨在制造比日益老化的等效硅基器件性能更高、价格更低廉的功率转换器件。国际整流器公司的工作经验告诉我,仅性能更优还不够,产品必须要兼具高性能和低价格,才能说服客户转用你的器件。

后来,我在台湾找到了黄民奇和他的妻子Sue Lin,大家成为合作伙伴。他们利用在台湾的硅晶圆代工厂——汉磊科技公司来制造 我们的氮化镓晶圆,从而大大降低了成本。我们使用制造大量的硅器件并完全折旧的工厂来生产我们的器件,这样,并不需要建设全新的工厂。

2010年3月,我们成功把氮化镓场效应晶体管推出市场。我们也实现了使命,制造比硅器件具备更高性能和更低成本的产品。氮化镓材料的发展还是刚刚起步,代表我们可以继续将氮化镓产品升级两个数量级,而且我们已经拓展至制造氮化镓集成电路,进一步提高氮化镓器件的性能和成本优势。

起初,客户对这种新产品持怀疑态度。他们不确定氮化镓器件是否可靠。他们也不知道EPC这样一家小型创业公司是否能够持续营业,以支持客户的需求。而且他们觉得硅器件用起来也还不错。

但是,由于氮化镓器件的性能更高,于是很多硅技术无法支持的设计中,客户主动找到我们。最早采用我们eGaN®产品的技术包括用于自动驾驶汽车的LiDAR技术、4G/LTE基站的包络跟踪、用于工业、医疗和消费者应用领域的无线电源、服务器和电信设备所使用的超高效电源等。

从推出一个产品到广泛被采纳需要花多年时间,但是很多公司未能度过这段时间而停业。在这个“死亡之谷”的期间,需要持续的资金支持,我们也要不断倾听并满足客户的需求。客户的需求让我们持续完善我们的技术、替最终应用增值。此外,也必需维持谨慎支出,这样,花一块钱可以发挥更大的功效。

我相信我们目前已经走出了“死亡之谷”。我们的成长非常迅速,因为客户已经从最初询问“氮化镓是什么”,到“为什么选择氮化镓”,到“如何使用氮化镓”,最后到“为什么我现在才开始用!”

我也相信我们已经找到了硅材料的继承者。虽然还需要几年时间,但氮化镓材料势将取代目前规模约为750亿美元的硅器件市场。此外,氮化镓也在催生新的市场,例如用于自动驾驶汽车的LiDAR市场和无线充电技术,它们为电源转换应用的终端市场注入了新的活力。

挑战是恒常的。我们目前面临的挑战变成了如何管理增长。

幸运的是,我在国际整流器公司工作的30年让我获得很多宝贵的经验,在此期间,MOSFET从零开始,至每六周生产10亿个元件,让我现在可以学以致用,明白质量系统、客户服务、供应链管理以及会计制度都需要在产量增长前就配备到位。员工也需要不断接受培训,从而与公司一同成长。最后,为保持公司的领导地位,就必需持续并积极进行研发。

终端客户用了10年时间才普遍采纳我们的氮化镓技术,还需要此后的5年时间在全新应用中取代硅基器件的市场。

这是件非常有趣的事!

 

本文作者Alexander Lidow是宜普电源转换公司(EPC)首席执行官兼共同创始人。

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