广州半绝缘碳化硅衬底

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。碳化硅(SiC)由于其独特的物理及电子特性，在一些应用上成为比较好的半 导体材料。广州半绝缘碳化硅衬底

碳化硅属于第三代半导体材料，在低功耗、小型化、高压、高频的应用场景有极大优势。第三代半导体材料以碳化硅、氮化镓为，与前两代半导体材料相比比较大的优势是较宽的禁带宽度，保证了其可击穿更高的电场强度，适合制备耐高压、高频的功率器件。碳化硅产业链分为衬底材料制备、外延层生长、器件制造以及下游应用。通常采用物相传输法（PVT法）制备碳化硅单晶，再在衬底上使用化学气相沉积法（CVD法）等生成外延片，制成相关器件。在SiC器件的产业链中，由于衬造工艺难度大，产业链价值量主要集中于上游衬底环节。广州半绝缘碳化硅衬底采用碳化硅作衬底的LED器件亮度更高、能耗更低、寿命更长、单位芯片面积更小。

现在，SiC材料正在大举进入功率半导体领域。一些**的半导体器件厂商，如罗姆（ROHM）株式会社、英飞凌科技公司、Cree、飞兆国际电子有限公司等都在开发自己的SiC功率器件。英飞凌科技公司在今年推出了第5代SiC肖特基势垒二极管，它结合了第3代产品的低容性电荷（Qc）特性与第2代产品中的低正向电压（Vf）特性，使PFC电路达到**高效率水平，击穿电压则达到了650V。飞兆半导体发布了SiCBJT，实现了1200V的耐压，传导和开关损耗相对于传统的Si器件降低了30%～50%，从而能够在相同尺寸的系统中实现高达40%的输出功率提升。ROHM公司则推出了1200V的第2代SiC制MOSFET产品，实现了SiC-SBD与SiC-MOSFET的一体化封装，与Si-IGBT相比，工作损耗降低了70%，并可达到50kHz以上的开关频率。值得一提的是，IGBT的驱动比较复杂，如果使用SiC基的MOSFET，则能使系统开发的难度大为降低。SiC的市场颇为看好，根据预测，到2022年，市场规模将达到40亿美元，年平均复合增长率可达到45%

随着全球电子信息及太阳能光伏产业对硅晶片需求量的快速增长，硅晶片线切割用碳化硅微粉的需求量也正在迅速增加。以碳化硅（SiC）及GaN为**的宽禁带材料，是继Si和GaAs之后的第三代半导体。与Si及GaAs相比，SiC具有宽禁带、高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率、化学性能稳定等优点。所以，SiC特别适合于制造高温、高频、高功率、抗辐射、抗腐蚀的电子器件。此外，六方SiC与GaN晶格和热膨胀相匹配，也是制造高亮度GaN发光和激光二极管的理想衬底材料。SiC晶体目前主要应用于光电器件如蓝绿光发光二极管以及紫外光激光二极管和功率器件包括大功率肖托基二极管，MES晶体管微波器件等。碳化硅作为新兴的战略先导产业，它是发展第3代半导体产业的关键基础材料。

SiC产业链包括上游的衬底和外延环节、中游的器件和模块制造环节，以及下游的应用环节。其中衬底的制造是产业链技术壁垒比较高、价值量比较大环节，是未来SiC大规模产业化推进的。1)衬底：价值量占比46%，为的环节。由SiC粉经过长晶、加工、切割、研磨、抛光、清洗环节终形成衬底。其中SiC晶体的生长为工艺，难点在提升良率。类型可分为导电型、和半绝缘型衬底，分别用于功率和射频器件领域。外延：价值量占比 23%。本质是在衬底上面再覆盖一层薄膜以满足器件生产的条件。 具体分为：导电型 SiC 衬底用于 SiC 外延，进而生产功率器件用于电动汽车以及新 能源等领域。半绝缘型 SiC 衬底用于氮化镓外延，进而生产射频器件用于 5G 通信等 领域。碳化硅的硬度很大，具有优良的导热和导电性能，高温时能抗氧化。广州半绝缘碳化硅衬底

碳化硅可在超过200℃的高温下长期稳定地工作，因此，相比于硅，碳化硅方案可以大量缩减冷却负担。广州半绝缘碳化硅衬底

SiC晶体的获得早是用AchesonZ工艺将石英砂与C混合放入管式炉中2600℃反应生成，这种方法只能得到尺寸很小的多晶SiC。至1955年，Lely用无籽晶升华法生长出了针状3C-SiC孪晶，由此奠定了SiC的发展基础。20世纪80年代初Tairov等采用改进的升华工艺生长出SiC晶体，SiC作为一种实用半导体开始引起人们的研究兴趣，国际上一些先进国家和研究机构都投入巨资进行SiC研究。20世纪90年代初，Cree Research Inc用改进的Lely法生长6H-SiC晶片并实现商品化，并于1994年制备出4H-SiC晶片。这一突破性进展立即掀起了SiC晶体及相关技术研究的热潮。目前实现商业化的SiC晶片只有4H-和6H-型，且均采用PVD技术，以美国CreeResearch Inc为**。采用此法已逐步提高SiC晶体的质量和直径达7.5cm，目前晶圆直径已超过10cm，比较大有用面积达到40mm2，微导管密度已下降到小于0.1/cm2。广州半绝缘碳化硅衬底

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