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碳化硅(SiC)是一種寬帶隙化合物半導(dǎo)體，具有高擊穿場強(qiáng)(約為Si的10倍)、高飽和電子漂移速率(約為Si的2倍)、高熱導(dǎo)率(Si的3倍、GaAs的10倍)等優(yōu)異性能。

目前用直拉法，72小時能生長出2-3米左右的硅單晶棒，一根單晶棒一次能切下上千片硅片。你知道72小時能長多少厚碳化硅單晶體嗎？只有幾厘米都不到！！！目前最快的碳化硅單晶生長的方法，生長速度在0.1mm/h-0.2mm/h左右，因此72小時也僅有7.2mm~14.4mm厚度的晶體。所以大家可以想象，生產(chǎn)出來的碳化硅單晶片能貴成啥樣了。

從導(dǎo)電型SiC襯底的市場份額來看，Wolfspeed占據(jù)超60%的市場份額，在SiC單晶市場價格和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上有極大話語權(quán)，天科合達(dá)和山東天岳占比僅為1.7%和0.5%。 外延環(huán)節(jié)主要是在碳化硅襯底上，經(jīng)過外延工藝生長出的特定單晶薄膜，襯底晶片和外延薄膜合稱外延片。

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。

全球碳化硅市場呈現(xiàn)寡頭壟斷局面，歐美日企業(yè)領(lǐng)先美國全球獨(dú)大，全球SiC產(chǎn)量的70%~80%來自美國公司。 海外碳化硅單晶襯底企業(yè)主要有Cree、DowCorning、SiCrystal、II-VI、新日鐵住金、Norstel等。其中CREE、II-VI等國際龍頭企業(yè)已開始投資建設(shè)8英寸碳化硅晶片生產(chǎn)線。

碳化硅單晶主要有物理氣相傳輸法(PVT)、高溫化學(xué) 氣相沉積(HTCVD)法和液相外延法(LPE)法，目前 PVT 法由于設(shè)備易于制造、長晶過 程更好控制以及成本較低等優(yōu)點(diǎn)，是業(yè)內(nèi)最成熟的工藝。其原理是通過將處于 2000°C以上的 SiC 原料升華分解成氣相物質(zhì)，這些氣相物質(zhì)輸運(yùn)到溫度較低的籽晶 處，結(jié)晶生成 SiC 單晶。

其中碳化硅的生產(chǎn)過程主要包括【單晶】——【外延】——【芯片生產(chǎn)】這三大環(huán)節(jié)。碳化硅器件的價值鏈包括【襯底】——【外延】——【器件】。其中，襯底所占成本最高，約占50%。襯底的高成本主要是因?yàn)?em>單晶碳化硅生長速度緩慢、品質(zhì)難以把控。伴隨著不斷的技術(shù)升級，碳化硅襯底和外延片未來的價格預(yù)計會下降。

青島高泰新材料有限公司碳碳復(fù)合材料項(xiàng)目總投資 1.1億元 ，固投0.96億元，建設(shè)年產(chǎn)7000件單晶熱場制品和年產(chǎn)12000件套單晶硅 熱場材料 （坩堝、導(dǎo)流筒、保溫筒等）生產(chǎn)線。

其中直拉法是最常用的制備工藝，目前85%以上的單晶硅都是用直拉法生長出來，直拉法是在石英坩堝中進(jìn)行，優(yōu)勢在于更適合大尺寸單晶硅棒的拉制，生長速率較快，單臺設(shè)備價值相對較低；區(qū)熔法不需要坩堝，而是在氣氛或真空爐中進(jìn)行，產(chǎn)品的純度更高，不易受氧、碳等雜質(zhì)影響，常用做IGBT功率半導(dǎo)體器件的原材料，然而受晶體生長機(jī)制的限制，區(qū)熔法不適用于大尺寸的硅片制作。

單晶生長后，將生長出的晶體切成片狀，由于碳化硅的莫氏硬度為9.2，僅次于金剛石，屬于高硬脆性材料，因此切割過程耗時久，易裂片。實(shí)現(xiàn)切割損耗小、并且切割出厚度均勻、翹曲度小的高質(zhì)量SiC晶片是目前面臨的重要技術(shù)難點(diǎn)。20 世紀(jì) 80 年代以前，高硬脆材料一般采用涂有金剛石微粉的內(nèi)圓鋸進(jìn)行切割。

如以硅的品質(zhì)因數(shù)為1作為基準(zhǔn)，那么砷化鎵的品質(zhì)因數(shù)為7，磷化銦為16，碳化硅為1138，金剛石的品質(zhì)因數(shù)為8206。當(dāng)其品質(zhì)因數(shù)判斷用于邏輯電路的潛力時，介電常數(shù)、飽和載流子速度和熱傳導(dǎo)率是判據(jù)，如以硅的判據(jù)為1的話，則砷化鎵為0.456，碳化硅為5.8，金剛石為32.2，因此，在理論上，金剛石最適合于集成電路使用。八、優(yōu)良的光學(xué)特性：金剛石不僅具有優(yōu)異的電學(xué)特性，而且還具有優(yōu)良的光學(xué)特性。

據(jù)專家分析，生產(chǎn)8吋SiC襯底需要解決多個難題，主要包括：單晶生長爐控溫難，軸向、徑向梯度調(diào)節(jié)不靈活，單一晶型穩(wěn)定性差等。碳化硅長晶爐專業(yè)廠商恒普科技認(rèn)為，要生長8英寸碳化硅襯底，這意味坩堝的直徑需要進(jìn)一步增長，而傳統(tǒng)長晶爐的感應(yīng)線圈只能加熱坩堝的表面，從而導(dǎo)致不同位置的徑向溫度梯度都會隨之增大。

中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所研究員級高工/高級專家周洪彪報告中指出，隨著第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展期到來和行業(yè)自主可控的急迫需求，國產(chǎn)裝備成長空間巨大；中國電科48所重點(diǎn)圍繞SiC全鏈條開展核心裝備開發(fā)、驗(yàn)證與推廣應(yīng)用，并持續(xù)迭代改進(jìn)，以SiC單晶生長、高溫高能離子注入、高溫氧化/激活為代表的系列設(shè)備已實(shí)現(xiàn)小批量應(yīng)用；加強(qiáng)工藝融合和行業(yè)協(xié)作，進(jìn)一步推動第三代半導(dǎo)體國產(chǎn)化裝備的跨越式發(fā)展。

5月5日，《自然》期刊發(fā)表一項(xiàng)氮化鎵單晶的激光減薄新技術(shù)，其作者包括諾貝爾得主天野浩。 據(jù)介紹，該技術(shù)可以將氮化鎵襯底產(chǎn)能提升3倍，同時可以省去襯底拋光工藝，因此有助于幫助降低氮化鎵單晶器件制造成本，該技術(shù)也有望應(yīng)用于碳化硅單晶切割。

采用率有限基于 SiC的VSD使用新穎的架構(gòu)來減少體積、重量和成本，采用率提升# 電力電子創(chuàng)新推動航空航天——飛機(jī)、衛(wèi)星、無人機(jī)等更高的燃油效率、更低的維護(hù)/運(yùn)營成本、更高的可靠性、更低的噪音、更低的氮氧化物排放# 到 2025 年 SiC 器件預(yù)計收入：$3.2B/Yr# SiC襯底的生長比Si更復(fù)雜（與傳統(tǒng)硅功率器件制作工藝不同的是，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅單晶材料上

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，金剛石被視為解決AI芯片等高功耗器件散熱問題的理想材料，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的硅和碳化硅。大單晶制備技術(shù)的突破，打開了在半導(dǎo)體散熱、量子計算等高端科技領(lǐng)域的想象空間，有望提升行業(yè)估值天花板。此外，在光學(xué)、核聚變和6G通信等前沿科技領(lǐng)域，金剛石也有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著算力需求增長與第三代半導(dǎo)體發(fā)展，芯片散熱需求上升。

而基于碳化硅（ SiC ）單晶材料的功率器件，具有高頻率、高效率、小體積等優(yōu)點(diǎn)（比 IGBT 功率器件小70%- 80% ），已經(jīng)在特斯拉 Model 3 車型中得到了應(yīng)用。SiC單晶材料功率器件的優(yōu)勢根據(jù) ST 意法半導(dǎo)體資料， SiC器件相比硅基的 IGBT 能夠有更小的體積。

?中國半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)鏈發(fā)展論壇?功率半導(dǎo)體IGBT/SiC 產(chǎn)業(yè)論壇?化合物半導(dǎo)體技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展論壇?AI加速半導(dǎo)體材料創(chuàng)新發(fā)展論壇?功率mosfet-Si硅/SiC碳化硅|半導(dǎo)體功率器件技術(shù)論壇?碳化硅襯底材料生長與加工技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展論壇?第三代半導(dǎo)體材料制造與裝備技術(shù)高峰論壇?半導(dǎo)體器件性能開發(fā)與測試技術(shù)論壇 ※ 展會優(yōu)勢

2021年1月，蘇州納維科技有限公司舉行總部大樓奠基儀式，項(xiàng)目占地面積超1.4萬平方米，總建筑面積超3.4萬平方米，建成后，年產(chǎn)氮化鎵單晶襯底及外延片可達(dá)5萬片2021年4月29日，漢磊（Episil）宣布將投資50億新臺幣（約11.6億人民幣），全力發(fā)展氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）外延和器件代工。