SiC外延片的案例
聚焦 | 產能大戰下的SIC外延片江湖
SIC襯底價格預測（元/cm2）
基于SiC襯底，外延環節普遍采用化學氣相沉積技術（CVD）獲得高質量外延層，隨后在外延層上進行功率器件的制造。單位成本也會相應降低！
SiC 外延片價格（元/cm2）
我們判斷，2022 年有望成為 SiC 價格下降的關鍵轉折點，因為主流品牌新能源車企開始量產采用 SiC 方案的車型，如果僅考慮逆變器的使用，新能源車將消耗絕大部分 SiC 襯底產能，如果再把車載 OBC、充電樁、DC/DC 的 SiC 使用滲透考慮進去，需求量將更大。
從產能角度來看，以特斯拉 Model3 為例估算，根據拆解圖，主逆變器中有 24 個 SiC 模塊，每個模塊 2 個 SiC MOSFET，共需要 48 顆芯片。一個 6 寸片面積約為 8.8 輛車所消耗的 SiC MOSFET 芯片面積，假設10%邊緣損耗和 60%良率，則單個 6 寸片足夠供應約 4.7 輛車。Model 3/Y 2019 年交貨量 30 萬輛，消耗 6.4 萬片 SiC，約占當年全球產能 24%。SiC 產業鏈在快速擴產，預計 2025 年產能為 2019 年的 10 倍。
新能源汽車用 SiC 功率器件產能測算
這將大幅提升襯底和外延企業的產能利用率，到2025 年 SiC 器件價格有望下降到當前水平的 1/4-1/3，結合電池成本的節省，SiC 的經濟性和性能優勢將充分顯現。
展開 智芯研報 | 產能大戰下的SIC外延片市場
國外主要的外延片企業代表企業昭和電工，目前產品已經應用于豐田集團旗下主要生產汽車空調、點火、燃油噴射等系統的DENSO（電裝）公司用于燃料電池電動車的下一代增壓動力模塊制造。近期英飛凌科技公司與昭和電工簽訂了一份包括外延在內的多種SiC材料（SiC）的供應合同，以滿足英飛凌目前SiC基產品不斷增長的需求。
國內碳化硅外延片的生產商，主要瀚天天成、東莞天域、國民技術子公司國民天成、世紀金光，以及國字號的中電科13所和55所。以及實現 SiC 從材料到封裝一體化的半導體公司三安集成等。目前國內外延片也是以提供4英寸的產品為主，并開始提供6英寸外延片。2019 SiC外延片折算6英寸產能約為20萬片/年。
三安集成是全球少數實現 SiC 從材料到封裝一體化的半導體公司。目前，三安集成是繼科銳、羅姆后，全球少數實現 SiC 垂直產業鏈布局的廠商，在國內更是行業先驅者。
三安長沙項目
三安集成長沙項目加碼 160 億投資 SiC 等第三代化合物半導體，搶先卡位布局。2020 年 6 月，公司公告在長沙高新技術園區成立子公司，投資160億元于SiC等化合物第三代半導體項目，包括長晶—襯底制作—外延生長—芯片制備—封裝產業鏈。長沙投資的具體項目的產品包括 6 寸 SiC 導電襯底、4 寸半絕緣襯底、SiC 二極管外延、SiC MOSFET 外延、SIC 二極管外延芯片、SiC MOSFET 芯片、SiC 器件封裝二極管、SiC 器件封裝 MOSFET。
展開 這家SiC公司7次擴產
根據昭和電工8月23日發布的公告，他們發行3519萬股新股，以將籌得1093億日圓（約64.56億人民幣）資金，其中約700億日圓（約41.35億人民幣）將用于擴增SiC晶圓等半導體材料產能。
從昭和電工公布的計劃投資細則來看，用于碳化硅晶圓等方面擴產的資金約為58億日圓（3.4億人民幣），擴產項目預計2023年12月完工。
昭和電工這次擴產，將能夠更好地滿足供貨需求。
今年5月6日，昭和電工與英飛凌簽訂了碳化硅供應合同，合同期為兩年，將為英飛凌提供包括外延在內的各種碳化硅材料（.點這里.）。
2020年12月10日，昭和電工宣布，日本電裝公司已經將其6英寸碳化硅外延片應用在燃料電池電動汽車(FCEV) 升壓電源模塊。
新日鐵助力
外延缺陷減少一半
英飛凌和電裝公司之所以跟昭和電工合作，主要是看中其SiC外延片的質量。
據介紹，2005年昭和電子就開始研發SiC外延片，2013年10月還率先推出了6英寸SiC外延片，2017年月產銷3000片外延片。
昭和電子的SiC外延片質量大幅提升得益于一次收購。
2017年8月，新日鐵住金公司遭遇經濟危機，想剝離SiC業務，于是昭和電工就出資收購了PVT法碳化硅長晶相關資產（.點這里.）。
收購后，2019年8月，昭和電工正式量產了第一代具有極低缺陷密度的SiC外延片“HGE-2G” ，其直徑為6英寸，表面缺陷密度控制是上一代外延片HGE的一半。此外，HGE-2G的基面位錯（BPD）轉換率也比HGE提高了10倍以上，成功提高了SiC功率半導體的可靠性。
展開 又增2個SiC項目！合計年產能12萬片
該公司公布了2次環評消息，4月份披露的SiC項目總投資額為
3.07億元
，年產2萬片6英寸SiC襯底和2萬片6英寸SiC外延片。7月份投資額改為
1.3億元，
年產2萬片6英寸SiC外延片。
此外，該項目并不需要重新建設廠房，很快可以投入使用。據介紹，2020年合盛新材料投資
5.3億元
新建了一個金屬復合材料的廠房，現階段已建設完成。為了生產SiC襯底，他們調整了這個廠房布局，
利用現有廠房
建設碳化硅襯底及外延片產業化生產線項目。
展開 
智芯文庫 | SiC產業鏈中外延技術分析
碳化硅功率器件與傳統硅功率器件制作工藝不同，不能直接制作在碳化硅單晶材料上，必須在導通型單晶襯底上額外生長高質量的外延材料，并在外延層上制造各類器件。
碳化硅一般采用PVT方法，溫度高達2000多度，且加工周期比較長，產出比較低，因而碳化硅襯底的成本是非常高的。
碳化硅外延過程和硅基本上差不多，在溫度設計以及設備的結構設計不太一樣。
在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過程的加工和硅不同的是，采用了高溫的工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。
外延工藝是整個產業中的一種非常關鍵的工藝，由于現在所有的器件基本上都是在外延上實現，所以外延的質量對器件的性能是影響是非常大的，但是外延的質量它又受到晶體和襯底加工的影響，處在一個產業的中間環節，對產業的發展起到非常關鍵的作用。
SiC外延片是SiC產業鏈條
核心的中間環節
目前碳化硅和氮化鎵這兩種芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，較為理想的方案便是在碳化硅單晶襯底上生長外延層。
碳化硅外延片，是指在碳化硅襯底上生長了一層有一定要求的、與襯底晶相同的單晶薄膜（外延層）的碳化硅片。實際應用中，寬禁帶半導體器件幾乎都做在外延層上，碳化硅晶片本身只作為襯底，包括GaN外延層的襯底。
我國SiC外延材料研發工作開發于“九五計劃”，材料生長技術及器件研究均取得較大進展。主要研究單位有中科院半導體研究所、中電集團13所和55所、西安電子科技大學等，產業化公司主要是東莞天域和廈門瀚天天成。目前我國已研制成功6英寸SiC外延晶片，且基本實現商業化。可以滿足3.3kV及以下電壓等級SiC電力電子器件的研制。
展開 住友SiC技術揭秘：6英寸、“無缺陷”、速度提升5倍！
2007 年，新日鐵開發了
4英寸
SiC晶片，2009年
開始從事
SiC晶片業務。2011年12月，新日鐵公司在實驗室中開發了
6英寸
的碳化硅單晶；2012年3月，還將4 英寸以下 SiC晶片產能增加
2倍
，達到
1000片/月
。
住友電氣很早就開發MPZ生長技術，2017年10月就量產
EpiEra SiC外延片
，實現了
99%
無缺陷區(DFA)，消除了表面缺陷和基面位錯(BPD)。
合并后，新日住金公司開展了
2條
路線的SiC長晶技術研發。
但是由于2017年日本經濟出現問題，當年8月份，新日住金宣布退出碳化硅領域，將PVT法相關資產
轉移
給
昭和電工
。
昭和電工
是從2005年開始研發生產SiC外延片，2017年的月產能為
3000
片，獲得新日住金的SiC晶體生長技術后，昭和電工的產業鏈條更為完整，也有助于
進一步提高
碳化硅產品的質量。
新日鐵退出后，住友繼續研發溶液長晶法。2018年12月，住友聯合日本先進工業科學技術研究所 (AIST) ，利用
6英寸MPZ
碳化硅生產線，開發了當時全球
最低
導通電阻的
V型槽
碳化硅晶體管，低溝道電阻低至
1170 V / 0.63
mΩ?cm
2
。
展開 資訊 | 碳化硅產業鏈條核心：外延技術
06 行業格局
在全球市場中，外延片企業主要有 DowCorning、II-VI、Norstel、Cree、羅姆、三菱電機、Infineon 等，多數是IDM公司。日本也存在比較優越的碳化硅外延的供應商，比如說昭和電工，但它已經不是一個純粹的做碳化硅外延的，因為他在前幾年也收購了日本的新日鐵，開始涉及到了碳化硅單晶的制備。
全球業內的龍頭Cree旗下Wolfspeed，是IDM公司，除了對外提供襯底片和外延片，還做器件、模塊。Cree 占據襯底市場約 40%份額、器件市場約 23%份額。
在大陸市場，純粹做外延片的有：瀚天天成（EpiWorld）和東莞天域半導體均可供應 4-6 英寸外延片，中電科 13 所、55 所亦均有內部供應的外延片生產部門。臺灣地去有嘉晶電子。
北方華創目前為化合物半導體生產開發的相關刻蝕機等設備。公司表示在化合物半導體SiC/GaN 的刻蝕中存在諸多挑戰，包括刻蝕的寬縱比、特殊的刻蝕輪廓的控制、刻蝕的選擇性以及過高/過低的刻蝕速率。
能訊半導體率先在國內開展了GaN 材料與器件的研發與產業化，公司擁有先進的GaN-on-Si 以及GaN-on-SiC 外延工藝，可以滿足微波功率器件及電力電子器件的應用需求。在制造方面，公司有用亞微米柵極技術、鈍化層技術、襯底減薄VIA 通孔技術等。公司目前在昆山擁有6,000/年3” GaN 晶圓片的產能。
中車時代電氣為中國中車子公司，在功率半導體方面處于國內領先水平。
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06
行業格局
在全球市場中，外延片企業主要有 DowCorning、II-VI、Norstel、Cree、羅姆、三菱電機、Infineon 等，多數是IDM公司。
日本也存在比較優越的碳化硅外延的供應商，比如說昭和電工，但它已經不是一個純粹的做碳化硅外延的，因為他在前幾年也收購了日本的新日鐵，開始涉及到了碳化硅單晶的制備。
全球業內的龍頭Cree旗下Wolfspeed，是IDM公司，除了對外提供襯底片和外延片，還做器件、模塊。Cree 占據襯底市場約 40%份額、器件市場約 23%份額。
在大陸市場，純粹做外延片的有：瀚天天成（EpiWorld）和東莞天域半導體均可供應 4-6 英寸外延片，中電科 13 所、55 所亦均有內部供應的外延片生產部門。臺灣地去有嘉晶電子
。
北方華創目前為化合物半導體生產開發的相關刻蝕機等設備。公司表示在化合物半導體SiC/GaN 的刻蝕中存在諸多挑戰，包括刻蝕的寬縱比、特殊的刻蝕輪廓的控制、刻蝕的選擇性以及過高/過低的刻蝕速率。
能訊半導體率先在國內開展了GaN 材料與器件的研發與產業化，公司擁有先進的GaN-on-Si 以及GaN-on-SiC 外延工藝，可以滿足微波功率器件及電力電子器件的應用需求。在制造方面，公司有用亞微米柵極技術、鈍化層技術、襯底減薄VIA 通孔技術等。公司目前在昆山擁有6,000/年3” GaN 晶圓片的產能。
中車時代電氣為中國中車子公司，在功率半導體方面處于國內領先水平。半導體相關器件主要用途為軌道交通、輸變電及新能源領域。
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碳化硅外延過程和硅基本上差不多，在溫度設計以及設備的結構設計不太一樣。
在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過程的加工和硅不同的是，采用了高溫的工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。
02.SiC外延片是SiC產業鏈條核心的中間環節
目前碳化硅和氮化鎵這兩種芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，較為理想的方案便是在碳化硅單晶襯底上生長外延層。
碳化硅外延片，是指在碳化硅襯底上生長了一層有一定要求的、與襯底晶相同的單晶薄膜（外延層）的碳化硅片。實際應用中，寬禁帶半導體器件幾乎都做在外延層上，碳化硅晶片本身只作為襯底，包括GaN外延層的襯底。
我國SiC外延材料研發工作開發于“九五計劃”，材料生長技術及器件研究均取得較大進展。主要研究單位有中科院半導體研究所、中電集團13所和55所、西安電子科技大學等，產業化公司主要是東莞天域和廈門瀚天天成。目前我國已研制成功6英寸SiC外延晶片，且基本實現商業化。可以滿足3.3kV及以下電壓等級SiC電力電子器件的研制。不過，還不能滿足研制10kV及以上電壓等級器件和研制雙極型器件的需求。
展開 智芯文庫 | SiC戰鼓擂響，中國勝算幾何？
2020年11月13日，Infineon與GT Advanced Technologies（GTAT）簽署五年期SiC晶棒供貨協議。
STM解決材料困擾
1996年意法半導體（STM）就開始進軍SiC市場，一直和SiC襯底和外延片制造商合作，2004年推出公司第一個SiC二極管，2009年推出首個SiC MOSFET，隨后進入車規級市場。2016年開始采用6英寸SiC外延片。
為了讓SiC的供應鏈變得更加穩健，意法半導體（STM）除簽署長期供應協議后，還進行了并購。
2019年1月，意法半導體（STM）和Cree簽署一項多年期協議，在此期間，意法半導體可獲得價值2.5億美元6英寸SiC襯底和外延片。
2019年12月，意法半導體（STM）以1.375億美元現金完成收購瑞典SiC襯底和外延片制造商Norstel AB，Norstel將被完全整合到意法半導體（STM）的全球研發和制造業務中，繼續發展6英寸碳化硅襯底和外延片生產業務、研發6英寸碳化硅襯底和外延片以及更廣泛的寬禁帶材料。
意法半導體（STM）表示公司大力發展碳化硅（SiC）業務，并將其作為戰略和收入的關鍵部分的計劃。
Rohm積極投資擴產
2000年羅姆（Rohm）就已經開始研究SiC，直到2009年通過收購德國SiC襯底和外延片供應商SiCrystal，真正有了實質性的進展。2010年推出首批批量生產的SiC肖特基二極管和MOSFET，2012年批量生產全SiC模塊，2015年率先推出溝槽型的SiC MOSFET，2017年交付6英寸SBD。20年的時間，羅姆（Rohm）生產的SiC也從2英寸逐漸發展到6英寸SiC-SBD。
展開 碳化硅產業鏈條核心：外延技術
碳化硅外延過程和硅基本上差不多，在溫度設計以及設備的結構設計不太一樣。
在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過程的加工和硅不同的是，采用了高溫的工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。
02.SiC外延片是SiC產業鏈條核心的中間環節
目前碳化硅和氮化鎵這兩種芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，較為理想的方案便是在碳化硅單晶襯底上生長外延層。
碳化硅外延片，是指在碳化硅襯底上生長了一層有一定要求的、與襯底晶相同的單晶薄膜（外延層）的碳化硅片。實際應用中，寬禁帶半導體器件幾乎都做在外延層上，碳化硅晶片本身只作為襯底，包括GaN外延層的襯底。
我國SiC外延材料研發工作開發于“九五計劃”，材料生長技術及器件研究均取得較大進展。主要研究單位有中科院半導體研究所、中電集團13所和55所、西安電子科技大學等，產業化公司主要是東莞天域和廈門瀚天天成。目前我國已研制成功6英寸SiC外延晶片，且基本實現商業化。可以滿足3.3kV及以下電壓等級SiC電力電子器件的研制。不過，還不能滿足研制10kV及以上電壓等級器件和研制雙極型器件的需求。
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哈勃投的第四家碳化硅企業，為什么選擇做SiC外延的它？
競爭格局
碳化硅外延片生產的國外核心企業，主要以美國的Cree、 DowCorning、II-VI、日本的羅姆、昭和電工、三菱電機、德國的Infineon 等為主。其中，美國公司就占據全球70-80%的份額。技術上也在向6英寸為主的方向過渡。
國外主要的外延片企業代表企業昭和電工，目前產品已經應用于豐田集團旗下主要生產汽車空調、點火、燃油噴射等系統的DENSO（電裝）公司用于燃料電池電動車的下一代增壓動力模塊制造。近期英飛凌科技公司與昭和電工簽訂了一份包括外延在內的多種SiC材料（SiC）的供應合同，以滿足英飛凌目前SiC基產品不斷增長的需求。
國內碳化硅外延片的生產商，主要瀚天天成、東莞天域、國民技術子公司國民天成、世紀金光，以及國字號的中電科13所和55所。以及實現 SiC 從材料到封裝一體化的半導體公司三安集成等。目前國內外延片也是以提供4英寸的產品為主，并開始提供6英寸外延片。2019 SiC外延片折算6英寸產能約為20萬片/年。
三安集成是全球少數實現 SiC 從材料到封裝一體化的半導體公司。
展開 SiC整條產業鏈，華為投全了
與傳統的硅基器件不同，碳化硅襯底的質量和表面特性不能滿足直接制造器件的要求，因此在制造大功率和高壓高頻器件時，不能直接在碳化硅襯底上制作器件，而必須在單晶襯底上額外沉積一層高質量的外延材料，并在外延層上制造各類器件。這就形成了SiC外延產業。
在導電型SiC襯底上生長SiC外延層制得SiC外延片，可進一步制成功率器件，功率器件是電力電子行業的重要基礎元器件之一，廣泛應用于電力設備的電能轉化和電路控制等領域。應用于新能源汽車、光伏發電、軌道交通、智能電網、航空航天等領域；在半絕緣型SiC襯底上生長氮化鎵外延層制得SiC基氮化鎵（GaN-on-SiC）外延片，可進一步制成微波射頻器件，微波射頻器件是實現信號發送和接收的基礎部件，是無線通訊的核心，主要包括射頻開關、LNA、功率放大器、濾波器等器件，應用于5G通訊、雷達等領域。隨著全球 5G 通訊技術的發展和推廣，5G 基站建設將為射頻器件帶來新的增長動力。
華為：SiC產業鏈爆發的拐點將至
去年9月底，華為發布了《數字能源2030》白皮書，白皮書中指出，“電力電子技術和數字技術成為驅動能源產業變革的核心技術”。未來的能源系統以可再生能源最大限度地開發
利用、能源效率最高為目標，對能源輸送和控制的安全、高效、智能等方面提出更高的要求，具體包括適應新能源電力的輸送和分配的網絡，與分布式電源、儲能等融合互動的高效終端系統，與信息系統結合的綜合服務體系等。
這些都需要通過電力電子化設備進行運行、補償、控制。
而目前這些設備中所使用的基本都還是硅基器件，硅基器件的參數性能已接近其材料的物理極限，無法擔負起未來大規模清潔能源生產傳輸和消納吸收的重任，節能效果也接近極限。
展開 智芯研報 | 碳化硅有望加速進軍軌道交通領域
國內瀚天天成、東莞天域已能提供4寸/6寸SiC外延片。
SiC器件：國際上600~1700VSiCSBD、MOSFET已經實現產業化，主流產品耐壓水平在1200V以下，封裝形式以TO封裝為主。價格方面，國際上的SiC產品價格是對應Si產品的5~6倍，正以每年10%的速度下降，隨著上游材料器件紛紛擴產上線，未來2~3年后市場供應加大，價格將進一步下降，預計價格達到對應Si產品2~3倍時，由系統成本減少和性能提升帶來的優勢將推動SiC逐步占領Si器件的市場空間。
全球SiC產業格局呈現美國、歐洲、日本三足鼎立態勢。
其中美國全球獨大，全球SiC產量的70%~80%來自美國公司，典型公司是Cree、Ⅱ-Ⅵ；歐洲擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應用產業鏈，典型公司是英飛凌、意法半導體等；日本是設備和模塊開發方面的領先者，典型公司是羅姆半導體、三菱電機、富士電機等。
▌
國內企業SiC布局
SiC襯底方面
，天科合達、山東天岳、同光晶體等均能供應3英寸~6英寸的單晶襯底。
SiC外延片方面
，廈門瀚天天成與東莞天域生產3英寸~6英寸SiC外延片。
展開 深度解析：第三代半導體材料的關鍵技術、產業集群、發展趨勢與展望等！
如4G/5G通信基站和終端使用的GaN微波射頻器件和模塊、高速鐵路使用的SiC基牽引傳動系統、光伏電站、風能電場和電動汽車使用的GaN或SiC電能逆變器或轉換器、智能電網使用的SiC大功率開關器件、工業控制使用的GaN或SiC基電機馬達變頻驅動器，大數據/云計算中心使用的GaN或SiC 基高效供電電源，半導體照明中使用的GaN基高亮度LED等。
圖1.第三代半導體材料主要應用領域（來源：DeepTech）
二、關鍵技術取得突破，與全球先進水平差距縮小
通過國家和地方的大力支持，中國第三代半導體材料發展迅速，形成了比較完整的技術鏈，部分關鍵技術指標達到國際先進水平。
圖2.第三代半導體材料主要技術環節（來源：DeepTech）
在SiC襯底及外延方面：中國已經實現4英寸SiC襯底的量產，開發出6-8英寸SiC單晶樣品，襯底質量與國際水平尚存在一定差距。在SiC外延方面，中國實現了4-6英寸SiC外延片的量產，可以滿足3.3kV及以下功率器件制備需求，而超高壓（＞10kV）SiC功率器件所需的N型SiC外延片以及雙極型SiC功率器件所需的P型SiC外延片等方面還處于研究階段。
在GaN襯底及外延方面：中國形成了具有自主知識產權的氫化物氣相外延（HVPE）技術，實現了2英寸自支撐GaN襯底量產和4英寸小批量出貨，實現6英寸GaN單晶襯底研發，晶體質量達到了國際先進水平。在GaN外延方面，根據襯底的不同主要分為GaN-on-sapphire、GaN-on-Si、GaN-on-SiC、GaN-on-GaN 四種。
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