SiC由Si原子和C原子组成,其晶体结构具有同质多型体的特点,在半导体领域常见的是具有立方闪锌矿结构的3C-SiC和六方纤锌矿结构的4H-SiC和6H-SiC。21世纪以来以Si为基本材料的微电子机械系统(MEMS)已有长足的发展,随着MEMS应用领域的不断扩展,Si材料本身的性能局限性制约了Si基MEMS在高温、高频、强辐射及化学腐蚀等极端条件下的应用。因此寻找Si的新型替代材料正日益受到重视。在众多半导体材料中,SiC的机械强度、热学性能、抗腐蚀性、耐磨性等方面具有明显的优势,且与IC工艺兼容,故而在极端条件的MEMS应用中,成为Si的优先替代材料。碳化硅功率器件更突出的潜力是在超高耐压大容量功率器件(HVPD)领域。广州碳化硅衬底进口6寸
那氮化镓外延层为啥也要在碳化硅单晶衬底上长呢?理论上讲,氮化镓外延层比较好当然用本身氮化镓的单晶衬底,不过在之前的文章中也有提到,氮化镓的单晶实在是太难做了点,不仅反应过程难以控制、长得特别慢,而且面积较小、价格昂贵,商业化很是困难,而碳化硅和氮化镓有着超过95%的晶格适配度,性能指标远超其他衬底材料(如蓝宝石、硅、砷化镓等),因此碳化硅基氮化镓外延片成为比较好选择。综上所述,很容易理解为何碳化硅在业内会有“黄金赛道”这样的美称。对于碳化硅器件而言,其价值链可分为衬底—外延—晶圆—器件,其中衬底所占的成本比较高为50%——主要原因单晶生长缓慢且品质不够稳定,这也是早年时SiC没能得到的推广的主要原因。不过如今随着技术缺陷不断得到补足,碳化硅单晶衬底的成本正不断下降,可预期未来会是“钱”景无限。以下是国内部分碳化硅衬底供应商名单。 广州碳化硅衬底进口6寸SiC在很宽的光谱范围(2.2~3.2eV)内也有良好的发光特性。
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。
碳化硅衬底成本下降趋势可期。在碳化硅器件成本结构中,衬底成本约占50%。碳化硅衬底较低的供应量和较高的价格一直是制约碳化硅基器件大规模应用的主要因素之一,碳化硅衬底需要在2500度高温设备下进行生产,而硅晶只需1500度;碳化硅晶圆约需要7至10天,而硅晶棒只需要2天半;目前碳化硅晶圆主要是4英寸与6英寸,而用于功率器件的硅晶圆以8英寸为主,这意味着碳化硅单晶片所产芯片数量较少、碳化硅芯片制造成本较高,目前碳化硅功率器件的价格仍数倍于硅基器件,下游应用领域仍需平衡碳化硅器件的高价格与碳化硅器件优越性能带来的综合成本下降间的关系。SiC会发生氧化反应,所以在其表面加一SiO2层以防止氧化。
碳化硅衬底主要有导电型及半绝缘型两种。其中,在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层制得碳化硅外延片,可进一步制成碳化硅功率器件,应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域;在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层可以制得碳化硅基氮化镓外延片,可进一步制成微波射频器件,应用于5G通讯、雷达等领域。中国碳化硅衬底领域的研究从20世纪90年代末开始,在行业发展初期受到技术水平、设备规模产能的限制,未能进入工业化生产。21世纪,中国企业历经20年的研发与摸索,已经掌握了2-6英寸碳化硅衬底的生产加工技术。与Si相比,SiC的禁带宽度为其2-3倍,同时具有其4.4倍的热导率,8倍的临界击穿电场。广州碳化硅衬底进口6寸
SiC作为第三代半导体材料的杰出**由于其特有的物理化学特性成为制作高频、大功率、高温器件的理想材料。广州碳化硅衬底进口6寸
从衬底的下游晶圆与器件来看,大量生产厂家仍然位于日本、欧洲与美国;但国内生产厂家在衬底领域已经拥有了一定的市场份额。根据Yole数据,在2020年半绝缘型碳化硅衬底市场中,贰陆公司(II-IV)、科锐公司(Cree)以及天岳先进依次占据甲的位置,市场份额分别为35%、33%和30%,市场高度集中。从资金来看,国内第三代半导体投资力度高企,力争追赶国际厂商。根据CASA披露的数据显示,2018年至今,国内厂商始终加强布局第三代半导体产业,2020年共有24笔投资扩产项目,增产投资金额超过694亿元,其中碳化硅领域共17笔、投资550亿元。广州碳化硅衬底进口6寸
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