SiC襯底
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-09-02
SiC襯底的實例教程
山東天岳核心業(yè)務(wù)半絕緣SiC襯底的毛利率具體情況如下：
三、2020年SiC襯底總產(chǎn)量約4.75萬片
報告期內(nèi)，山東天岳的SiC襯底總產(chǎn)量（半絕緣型+導(dǎo)電型，各尺寸產(chǎn)量簡單相加數(shù)）分別為1.1463萬片、2.0159萬片和4.7538萬片。
四、半絕緣型SiC襯底市占率全球第三，批量供應(yīng)給領(lǐng)先通信企業(yè)；導(dǎo)電型SiC襯底已中標(biāo)國家電網(wǎng)的采購計劃
半絕緣型SiC襯底領(lǐng)域，山東天岳產(chǎn)品電阻率已實現(xiàn)108Ω·cm以上，電學(xué)性能達到較高水平，已批量且穩(wěn)定地供應(yīng)給通信行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)，用于其新一代信息通信射頻器件的制造。
展開 SiC長晶效率又比Si慢100至200倍，Si長晶約3天即可制造高度200公分晶棒，SiC要7天才能長出2至5公分的晶球。此外，SiC硬且脆，切割、研磨拋光難度高，會有很多報廢物。
科銳（
Cree
）是全球SiC襯底龍頭廠，市占率超過6成，目前國內(nèi)有廣運集團旗下盛新材料科技和穩(wěn)晟材料投入SiC襯底領(lǐng)域。
楊瑞臨說，SiC襯底不僅占功率元件成本比重高，且與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)，SiC襯底將是SiC發(fā)展的一大關(guān)鍵，包括意法半導(dǎo)體（
ST
）等廠商皆積極朝上游SiC襯底發(fā)展，以強化競爭力，值得廠商參考。
國內(nèi)仍有很大的發(fā)展空間
根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2025 年射頻器件市場將達到 20 億美元，2019-2025年市場規(guī)模 CAGR 將達 18%；2025 年功率器件市場規(guī)模將達 25.62 億美元，增速超過射頻器件，2019-2025 年市場規(guī)模 CAGR 達 30%。下游器件需求的釋放將帶動襯底產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。
國際SiC大廠已經(jīng)紛紛抱團取暖，國內(nèi)企業(yè)也將奮力趕上。好在總體上由于SiC市場目前還處于初期階段，滲透率較低，未來幾年的競爭格局還有較大不確定性。國內(nèi)的SiC襯底企業(yè)如天科合達、山東天岳、河北同光等仍有很大的發(fā)展空間。
天科合達是國內(nèi)成立時間最早、規(guī)模最大的碳化硅晶片制造商之一。已經(jīng)掌握6英寸碳化硅晶片的制造技術(shù)，并成功實現(xiàn)批量供應(yīng)。
展開 報道指出，環(huán)球晶目前6 吋SiC 襯底月產(chǎn)能約2000 片，部分客戶已開始出貨，據(jù)悉，由于客戶需求強勁，明年6 吋SiC 襯底產(chǎn)能將不只翻倍增，而是呈現(xiàn)倍數(shù)成長，可望擴增至5000 片，也有機會進一步提升至8000 片。
去年九月，韓國SK 集團也宣布，計劃在碳化硅襯底業(yè)務(wù)上投資 7000 億韓元（約合 38億元人民幣），以期 2025 年成為世界尖端材料市場的龍頭。根據(jù)報道，SK 集團計劃將 SiC 晶圓的生產(chǎn)能力從2021年的年產(chǎn)3萬片增加到 2025 年的每月 5萬片，大幅提高他們的市占率。該他們預(yù)測，2021 年 ，公司SiC 晶圓業(yè)務(wù)的銷售額將達到 300 億韓元，并計劃到 2025 年將銷售額提高到 5000 億韓元
SOI晶圓供應(yīng)商Soitec在去年11月30日也宣布，收購碳化硅晶圓拋光和回收公司NOVASiC，以推動電動汽車和工業(yè)應(yīng)用電源系統(tǒng)半導(dǎo)體的開發(fā)。Soitec表示，他們將通過獨特的碳化硅技術(shù)SmartCut，用多晶碳化硅襯底，來提高單晶供體碳化硅襯底的重復(fù)使用率、良率、性能。
當(dāng)然，正在大力發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的中國，也自然不會錯過這個機會。如最近上市的天岳就是國內(nèi)SiC襯底的供應(yīng)商。另外還有天科合達和三安光電等本土企業(yè)正在深耕這個領(lǐng)域。
不過，正如天岳在招股說明書中所說：“根據(jù)公開信息，行業(yè)龍頭科銳公司能夠批量供應(yīng) 4 英寸至 6 英寸導(dǎo)電型和半絕緣型碳化硅襯底，且已成功研發(fā)并開始建設(shè) 8 英寸產(chǎn)品生產(chǎn)線。目前，公司主要產(chǎn)品是 4 英寸半絕緣型碳化硅襯底，6 英寸半絕緣型和 6 英寸導(dǎo)電型襯底已形成小批量銷售，與全球行業(yè)龍頭尚存在一定的差距?！?/span>
展開 此前，我們報道過華為全面進攻功率器件，包括IGBT、SiC和GaN。而華為似乎尤其看好SiC，在SiC領(lǐng)域，華為可以說投資了一整條產(chǎn)業(yè)鏈，涵蓋SiC襯底、SiC外延、SiC器件、SiC襯底制造設(shè)備。華為究竟在下怎樣一局大棋？
SiC產(chǎn)業(yè)鏈一覽
SiC的產(chǎn)業(yè)鏈主要由單晶襯底、外延、器件、制造和封測等環(huán)節(jié)構(gòu)成。
SiC襯底處于寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的前端，是前沿、基礎(chǔ)的核心關(guān)鍵材料。而SiC單晶在自然界極其稀有，幾乎不存在。只能依靠人工合成制備。目前工業(yè)生產(chǎn)SiC襯底材料以物理氣相升華法為主，這種方法需要在高溫真空環(huán)境下將粉料升華，然后通過溫場的控制讓升華后的組分在籽晶表面生長從而獲得SiC晶體。整個過程在密閉空間內(nèi)完成，有效的監(jiān)控手段少，且變量多，對于工藝控制精度要求極高。
圖源：天科合達招股書
襯底電學(xué)性能決定了下游芯片功能與性能的優(yōu)劣，為使材料能滿足不同芯片的功能要求，需要制備電學(xué)性能不同的SiC襯底。按照電學(xué)性能的不同，SiC襯底可分為低電阻率的導(dǎo)電型SiC襯底，和高電阻率的半絕緣型SiC襯底。
展開 為了推動SiC實現(xiàn)更廣泛的商業(yè)化，1999 年，美國《國防生產(chǎn)法案》“Title III計劃”為SiC行業(yè)提供了急需的啟動資金，美國空軍為3家公司提供了“成本分?jǐn)偤贤保–ree-Research、Sterling (ATMI)和Litton-Airtron，目標(biāo)是將SiC襯底直徑擴大到75mm，并提高晶體質(zhì)量。
2002年開始，美國國防高級研究計劃機構(gòu)的WBGS計劃也高度關(guān)注寬帶隙半導(dǎo)體材料的開發(fā)，Cree和Sterling都獲得了相關(guān)合同，目標(biāo)是將N型和半絕緣SiC襯底直徑擴大到100mm，并將微管密度降低到1cm-2以下。
不過，并不是所有獲得資助的企業(yè)都發(fā)展地很好。
2000年12月，Litton Industries以38億美元（約245億人民幣）或每股80美元的價格被Northrop Grumman收購。2001年底，Litton-Airtron的SiC研發(fā)部門又被II-VI收購。
2002年，在獲得DARPA合同的幾個星期后，Sterling的母公司Uniroyal Corporation就申請破產(chǎn)，導(dǎo)致關(guān)鍵技術(shù)人員外流。道康寧立即收購了Sterling。
而且，早期的SiC技術(shù)開發(fā)遠未能實現(xiàn)合同計劃目標(biāo)。從下圖可以看出，Cree的品質(zhì)明顯優(yōu)于競爭對手。
圖4.2002年左右，Cree 75mm、DOW 75mm和II-VI 50mm 4HN SiC （上）和半絕緣 SiC的交叉偏振圖像（下）。
2005年，DARPA對SiC襯底的支持基本結(jié)束，只有Cree顯示出加速SiC襯底商業(yè)化的強烈跡象。而當(dāng)時，道康寧的研發(fā)依舊掙扎，而II-VI的進展也很緩慢。
隨后，DARPA將投資主要集中在SiC功率開關(guān)和GaN RF器件上，Cree的襯底業(yè)務(wù)從中受益。
展開 
SiC襯底的最新內(nèi)容
推導(dǎo)了GaN薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)、SiC和Si襯底的導(dǎo)熱系數(shù)以及GaN/襯底的總熱阻比，結(jié)果與文獻一致。該方法將為各種固體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的熱物性測量提供一個全面的解決方案。
5.4 第三代半導(dǎo)體SIC加速上車-AMB急速獲益
SiC 加速上車，AMB 隨之受益，Si3N4陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)與第 3代半導(dǎo)體襯底SiC晶體接近，使其能夠與SiC晶體材料匹配性更穩(wěn)定。
石墨烯-石墨層首先被剝離，然后轉(zhuǎn)移到SiC襯底上，以冷卻高功率GaN晶體管，如圖2所示。結(jié)果表明，當(dāng)晶體管工作在~13 W/mm時，熱點溫度可降低~20°C，熱密度約為250 W/cm2。這表明石墨烯增強結(jié)構(gòu)作為熱點可以將器件的壽命延長一個數(shù)量級。
圖2.石墨烯用作AlGaN/GaN場效應(yīng)管的散熱片。
SiC襯底市場高度集中，全球襯底前三名是Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、Rohm。國外廠商在兩類襯底市場中均占有主要份額。從半絕緣型SiC襯底市場份額來看，Wolfspeed、II-VI和山東天岳三家公司平分秋色，各占據(jù)約30%的市場份額。
5.4 第三代半導(dǎo)體SIC加速上車-AMB急速獲益
SiC 加速上車，AMB 隨之受益，Si3N4陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)與第 3代半導(dǎo)體襯底SiC晶體接近，使其能夠與SiC晶體材料匹配性更穩(wěn)定。
不過，Wallis和他的同事堅持在一種具有SiC薄層襯底的晶圓上生長立方GaN。英國華威大學(xué)的子公司Anvil半導(dǎo)體公司最先為SiC功率電子器件的開發(fā)人員設(shè)計硅基SiC襯底。后來，Wallis及其團隊成功地在上述襯底上開發(fā)了一種生長立方GaN的穩(wěn)定工藝，并基于該成果建立了Kubos半導(dǎo)體公司。
由于現(xiàn)有的 6 英寸的硅晶圓產(chǎn)線可以升級改造用于生產(chǎn) SiC 器件，所以 6 英寸 SiC 襯底的高市占率將維持 較長時間。
2. 外延
外延層是在晶片的基礎(chǔ)上，經(jīng)過外延工藝生長出特定單晶薄膜，襯底晶片和外延薄膜合稱外延片。
來源：化合物半導(dǎo)體雜志 雅時化合物半導(dǎo)體
制造MOCVD和MBE反應(yīng)器的公司在今年的股價排行榜上占據(jù)了前三名
據(jù)說AIXG5+是最先進的行星反應(yīng)器模塊，用于在150毫米和200毫米硅、藍寶石和SiC襯底上生長基于GaN的外延層。
圖2.第三代半導(dǎo)體材料主要技術(shù)環(huán)節(jié)（來源：DeepTech）
在SiC襯底及外延方面：中國已經(jīng)實現(xiàn)4英寸SiC襯底的量產(chǎn)，開發(fā)出6-8英寸SiC單晶樣品，襯底質(zhì)量與國際水平尚存在一定差距。
另外值得關(guān)注的是，近年來，SiC晶片作為襯底材料的應(yīng)用正在逐步走向成熟，成本呈現(xiàn)明顯下降趨勢，具備了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)。
2. 碳化硅(SiC)的前世今生！
SiC作為半導(dǎo)體材料具有優(yōu)異的性能，尤其是用于功率轉(zhuǎn)換和控制的功率元器件。與傳統(tǒng)硅器件相比可以實現(xiàn)低導(dǎo)通電阻、高速開關(guān)和耐高溫高壓工作，因此在電源、汽車、鐵路、工業(yè)設(shè)備和家用消費電子設(shè)備中倍受歡迎。
