一位科學家的自述:曾為世界節省15%的電量,如今找到硅的替代物
我父親常常教導我:一個人的真正價值,是通過他對社會所作出的貢獻來衡量的。
1975年我進入研究生院學習,那時我的興趣在半導體領域,并且認為我對社會最大的貢獻,就是找到可以替代硅的半導體材料。我的研究生畢業課題從圍繞砷化鎵展開,但是直到在1977年獲得博士學位后,我才發現,作為一種半導體材料,砷化鎵受其基本材料特性所影響,它的應用前景非常有限,于是我轉而專注于研究如何制造出更好的硅基器件。
其后,我和研究院的同事湯姆·赫爾曼一同加入了國際整流器公司。公司安排我們開發一種性能更高的雙極型晶體管,可用于高頻開關應用,例如電腦的電源。
湯姆和我決定專注于研究如何利用金屬氧化物半導體(MOS)制造出功率場效應晶體管(FET),而非雙極型晶體管。事實證明我們是成功的。
我和湯姆取得這些MOSFET器件及其背后技術的專利權。功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)最終成為了目前300億美元市場規模的電源轉換核心技術,而我們的專利權也為公司帶來了將近10億美元的專利權費。功率MOSFET技術為全世界節約了至少15%的用電量。
后來,我從研發部門轉到制造部門,并在之后的18年里,擔任國際整流器公司的CEO。然而,我一直還是希望尋找到一種可以替代硅材料的全新半導體材料。隨后雖然基于MOSFET的電源轉換集成電路的業務達數十億美元,但在本世紀初,我們意識到于功率轉換領域,硅器件已經達到它的性能極限。
1999年,日本的研究人員成功在標準硅晶圓上生成氮化鎵層,這種組合似乎克服了砷化鎵的許多局限性。氮化鎵材料比硅優勝6,000倍,且更加堅固耐用,因此可以使用標準的制造硅器件的設備,這樣,生產氮化鎵薄層不會增加太多工藝成本,實現了性能更高并且成本更低的器件,看起來就是一項成功的公式。
2007年,我創立了宜普電源轉換公司(EPC),旨在制造比日益老化的等效硅基器件性能更高、價格更低廉的功率轉換器件。國際整流器公司的工作經驗告訴我,僅性能更優還不夠,產品必須要兼具高性能和低價格,才能說服客戶轉用你的器件。
后來,我在臺灣找到了黃民奇和他的妻子Sue Lin,大家成為合作伙伴。他們利用在臺灣的硅晶圓代工廠——漢磊科技公司來制造 我們的氮化鎵晶圓,從而大大降低了成本。我們使用制造大量的硅器件并完全折舊的工廠來生產我們的器件,這樣,并不需要建設全新的工廠。
2010年3月,我們成功把氮化鎵場效應晶體管推出市場。我們也實現了使命,制造比硅器件具備更高性能和更低成本的產品。氮化鎵材料的發展還是剛剛起步,代表我們可以繼續將氮化鎵產品升級兩個數量級,而且我們已經拓展至制造氮化鎵集成電路,進一步提高氮化鎵器件的性能和成本優勢。
起初,客戶對這種新產品持懷疑態度。他們不確定氮化鎵器件是否可靠。他們也不知道EPC這樣一家小型創業公司是否能夠持續營業,以支持客戶的需求。而且他們覺得硅器件用起來也還不錯。
但是,由于氮化鎵器件的性能更高,于是很多硅技術無法支持的設計中,客戶主動找到我們。最早采用我們eGaN?產品的技術包括用于自動駕駛汽車的LiDAR技術、4G/LTE基站的包絡跟蹤、用于工業、醫療和消費者應用領域的無線電源、服務器和電信設備所使用的超高效電源等。
從推出一個產品到廣泛被采納需要花多年時間,但是很多公司未能度過這段時間而停業。在這個“死亡之谷”的期間,需要持續的資金支持,我們也要不斷傾聽并滿足客戶的需求。客戶的需求讓我們持續完善我們的技術、替最終應用增值。此外,也必需維持謹慎支出,這樣,花一塊錢可以發揮更大的功效。
我相信我們目前已經走出了“死亡之谷”。我們的成長非常迅速,因為客戶已經從最初詢問“氮化鎵是什么”,到“為什么選擇氮化鎵”,到“如何使用氮化鎵”,最后到“為什么我現在才開始用!”
我也相信我們已經找到了硅材料的繼承者。雖然還需要幾年時間,但氮化鎵材料勢將取代目前規模約為750億美元的硅器件市場。此外,氮化鎵也在催生新的市場,例如用于自動駕駛汽車的LiDAR市場和無線充電技術,它們為電源轉換應用的終端市場注入了新的活力。
挑戰是恒常的。我們目前面臨的挑戰變成了如何管理增長。
幸運的是,我在國際整流器公司工作的30年讓我獲得很多寶貴的經驗,在此期間,MOSFET從零開始,至每六周生產10億個元件,讓我現在可以學以致用,明白質量系統、客戶服務、供應鏈管理以及會計制度都需要在產量增長前就配備到位。員工也需要不斷接受培訓,從而與公司一同成長。最后,為保持公司的領導地位,就必需持續并積極進行研發。
終端客戶用了10年時間才普遍采納我們的氮化鎵技術,還需要此后的5年時間在全新應用中取代硅基器件的市場。
這是件非常有趣的事!
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本文作者Alexander Lidow是宜普電源轉換公司(EPC)首席執行官兼共同創始人。