简述碳化硅衬底的国产化进程
0随着下游新能源汽车、充电桩、光伏、5G基站等领域的爆发，引爆了对第三代半导体——碳化硅材料衬底、外延与器件方面的巨大市场需求，国内众多企业纷纷通过加强技术研发与资本投入布局碳化硅产业，今天我们首先来探讨一下碳化硅衬底的国产化进程。
◆ 碳化硅衬底类型
碳化硅分为立方相（闪锌矿结构）、六方相（纤锌矿结构）和菱方相3大类共 260多种结构，目前只有六方相中的 4H-SiC、6H-SiC才有商业价值。另碳化硅根据电学性能的不同主要可分为高电阻（电阻率 ≥105Ω·cm）的半绝缘型碳化硅衬底和低电阻（电阻率区间为 15~30mΩ·cm）的导电型碳化硅衬底，满足不同功能芯片需求，其中：
半绝缘型碳化硅衬底主要应用于制造氮化镓射频器件。通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层，制得碳化硅基氮化镓外延片，可进一步制成氮化镓射频器件；
导电型碳化硅衬底主要应用于制造功率器件。与传统硅功率器件制作工艺不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅衬底上，需在导电型衬底上生长碳化硅外延层得到碳化硅外延片，并在外延层上制造各类功率器件。
大尺寸碳化硅衬底有助于实现降本增效，已成主流发展趋势。衬底尺寸越大，单位衬底可生产更多的芯片，因而单位芯片成本越低，同时边缘浪费的减少将进一步降低芯片生产成本。目前业内企业量产的碳化硅衬底主要以4英寸和6英寸为主，在半绝缘型碳化硅市场，目前衬底规格以4英寸为主；而在导电型碳化硅市场，目前主流的衬底产品规格为6英寸。国际巨头CREE、II-VI以及国内的烁科晶体都已成功研发8英寸衬底产品。
◆ 碳化硅单晶制备技术
碳化硅衬底制备技术包括 PVT 法（物理气相传输法）、溶液法和HTCVD法（高温气相化学沉积法）等，目前国际上基本采用PVT法制备碳化硅单晶。 SiC单晶生长经历3个阶段，分别是Acheson法、Lely法、改良Lely法。
利用SiC高温升华分解特性，可采用升华法即Lely法来生长SiC晶体，它是把SiC粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气体（氩气）环境温度为 2 500℃的条件下进行升华生长，可以生成片状SiC晶体。
但Lely法为自发成核生长方法，较难控制所生长SiC晶体的晶型，且得到的晶体尺寸很小，后来又出现了改良的Lely法，即PVT 法（物理气相传输法），其优点在于：采用SiC籽晶控制所生长晶体的晶型，克服了Lely法自发成核生长的缺点，可得到单一晶型的SiC单晶，且可生长较大尺寸的SiC单晶。
◆ 为何半绝缘型与导电型碳化硅衬底技术壁垒都比较高？
PVT方法中SiC粉料纯度对晶片质量具有较大影响。粉料中一般含有极微量的氮（N），硼（B）、铝（Al）、铁（F e）等杂质，其中氮是n型掺杂剂，在碳化硅中产生游离的电子，硼、铝是p型掺杂剂，产生游离的空穴。
为了制备n型导电碳化硅晶片，在生长时需要通入氮气，让它产生的一部分电子中和掉硼、铝产生的空穴（即补偿），另外的游离电子使碳化硅表现为n型导电。
为了制备高阻不导电的碳化硅（半绝缘型），在生长时需要加入钒（V）杂质，钒既可以产生电子，也可以产生空穴，让它产生的电子中和掉硼、铝产生的空穴（即补偿），它产生的空穴中和掉氮产生的电子，所以所生长的碳化硅几乎没有游离的电子、空穴，形成高阻不导电的晶片（半绝缘型）。
掺钒工艺复杂，所以半绝缘碳化硅很难制备，成本很高。近年来也出现了通过点缺陷来实现高阻半绝缘碳化硅的方法。p型导电碳化硅也不容易制备，特别是低阻的p型碳化硅更不容易制备。
◆ 下游市场需求强劲，碳化硅衬底市场迎来黄金成长期
导电型碳化硅衬底方面，受益于新能源汽车逆变器的巨大需求，将保持高速增长态势，根据中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟的数据显示，预计2020-2025年国内市场的需求，4英寸逐步从10万片市场减少到5万片，6英寸晶圆将从8万片增长到20万片；2025~2030年：4英寸晶圆将逐渐退出市场，6英寸晶圆将增长至40万片。
半绝缘型碳化硅衬底方面，受下游5G基站强劲需求驱动，碳化硅基氮化镓高频射频器件将逐步加强市场渗透，市场空间广阔，预计2020-2025年国内市场的需求，4英寸逐步从5万片市场减少到2万片，6英寸晶圆将从5万片增长到10万片；2025~2030年：4英寸晶圆将逐渐退出市场，保守估计6英寸晶圆将增长至20万片。
◆ 碳化硅衬底国产化进程大提速
全球碳化硅衬底代表企业主要有CREE、II-VI、SiCrystal，国际龙头企业相比国内企业由于起步早，在产业化经验、技术成熟度、产能规模等方面具备领先优势，抢占了全球碳化硅衬底绝大部分的市场份额。
随着下游终端市场，新能源汽车、光伏、5G基站等领域的快速增长，为上游碳化硅衬底提供了巨大的市场活力，国内以山东天岳、天科合达、烁科晶体等为代表的企业纷纷跑马圈地碳化硅衬底市场，通过加强技术研发与资本投入，逐渐掌握了4英寸至6英寸，甚至8英寸的碳化硅衬底制造技术，缩小了与国际龙头之间技术与产能方面的差距。
编辑：jq
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650V8A碳化硅二极管，TO-220封装，TO-252封装，海飞乐技术有限公司
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发表于 04-29 14:07
650V6A碳化硅二极管 TO-220，TO-252封装 海飞乐技术有限公司
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发表于 04-28 23:35
2017年中国碳化硅市场发展现状及趋势行业分析
灵核网行业分析2016年中国碳化硅产能为230万左右，盘踞环球75%左右的份额。因为产能多余重大，今年多半企业的开工率不敷5成。另外，中国也是碳化硅最大消费国。2016年，中国消费量达到了65
发表于 11-23 17:17
碳化硅 （SiC）：历史与应用
硅与碳的唯一合成物就是碳化硅 （SiC），俗称金刚砂。 SiC 在自然界中以矿物碳硅石的形式存在，但十分稀少。 不过，自 1893 年以来，粉状碳化硅已被大量生产用作研磨剂。 碳化硅用作研磨剂已有一百多年的历史，主要用于磨轮和众多其他研磨应用
发表于 05-06 11:32
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封装铝碳化硅散热片
西安明科微电子材料有限公司，专业生产铝88389碳化硅、铝硅电子封装材料，高导热、低膨胀系数。可根据客户需求进行定制，适合各种IGBT基板热沉，支架等，希望可以和大家一起合作，有需要联系我 。赵昕 13572488389
发表于 10-19 10:54
新型电子封装热管理材料铝碳化硅
新型材料铝碳化硅解决了封装中的散热问题，解决各行业遇到的各种芯片散热问题，如果你有类似的困惑，欢迎前来探讨，铝碳化硅做封装材料的优势它有高导热，高刚度，高耐磨，低膨胀，低密度，低成本，适合各种产品的IGBT。我西安明科微电子材料有限公司的赵昕。欢迎大家有问题及时交流，谢谢各位！
发表于 10-19 10:45
基于碳化硅MOSFET的20KW高效LLC谐振隔离DC/DC变换器方案研究
本方案利用新一代1000V、65毫欧4脚TO247封装碳化硅(SiC)MOSFET(C3M0065100K)实现了高频LLC谐振全桥隔离变换器，如图所示。由于碳化硅的高阻断电压, 快速开关及低损耗等
发表于 08-05 14:32
简述LED衬底技术
LED衬底目前主要是蓝宝石、碳化硅、硅衬底三种。大多数都采用蓝宝石衬底技术。碳化硅是科锐的专利，只有科锐一家使用，成本等核心数据不得而知。硅衬底成本低，但目前技术还不完善。 从LED成本上来看，用
发表于 03-15 10:20
碳化硅(SiC)基地知识
碳化硅(SiC)基地知识
碳化硅又称金钢砂或耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料
发表于 11-17 09:41
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