2022年11月23日——希科半導(dǎo)體科技（蘇州）有限公司于蘇州納米科技城召開碳化硅（SiC）外延片投產(chǎn)新聞發(fā)布會(huì)。會(huì)上公司創(chuàng)始人、總經(jīng)理呂立平宣布公司用國產(chǎn)襯底和國產(chǎn)外延設(shè)備生產(chǎn)的6英寸SiC外延片，已于近期通過兩大權(quán)威機(jī)構(gòu)的雙重檢測，具備媲美國際大廠SiC外延片的品質(zhì)，為我國碳化硅行業(yè)創(chuàng)下了一個(gè)毫無爭議的新紀(jì)錄，就此?？瓢雽?dǎo)體碳化硅外延片正式投產(chǎn)!

蘇州工業(yè)園區(qū)黨工委委員、管委會(huì)副主任倪乾，蘇州納米城科技發(fā)展有限公司董事、總裁張淑梅、中國電子材料協(xié)會(huì)副理事長袁桐，南京大學(xué)教授、固體微機(jī)構(gòu)物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任陳延峰、中國冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院教授級高級工程師高達(dá)，以及來自碳化硅領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)投資人、客戶以及諸多產(chǎn)業(yè)上下游代表共同應(yīng)邀出席了當(dāng)天的發(fā)布會(huì)，共同見證了中國碳化硅產(chǎn)業(yè)界這一歷史時(shí)刻。

?？瓢雽?dǎo)體成立于2021年8月，坐落于蘇州納米城III區(qū)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園，是一家致力于發(fā)展第三代半導(dǎo)體碳化硅(SiC)材料的高科技公司。作為蘇州納米城引入的第三代半導(dǎo)體重要項(xiàng)目，其團(tuán)隊(duì)擁有多年的碳化硅外延晶片(SiC Epitaxy)開發(fā)和量產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)，憑借業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的外延工藝技術(shù)和最先進(jìn)的測試表征設(shè)備，秉持質(zhì)量第一誠信為本的理念為客戶提供滿足行業(yè)對低缺陷率和均勻性要求的6吋n型和p型摻雜外延晶片材料，是國內(nèi)最早從事SiC技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)人才，擁有多項(xiàng)發(fā)明專利和實(shí)用新型專利。

當(dāng)前，半導(dǎo)體設(shè)備成為中國高科技產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化的“卡脖子”環(huán)節(jié)之一，如何實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，加速國產(chǎn)化替代進(jìn)程，成為近年來中國半導(dǎo)體行業(yè)面臨的重要課題，此次?？瓢雽?dǎo)體在SiC外延片上實(shí)現(xiàn)純國產(chǎn)研發(fā)方面的突破性進(jìn)展，有力提升了國內(nèi)企業(yè)振興國產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的信心，也意味著我國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈綜合實(shí)力的進(jìn)一步提升。


碳化硅性能優(yōu)勢

碳化硅襯底的使用極限性能優(yōu)于硅襯底，可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應(yīng)用需求，當(dāng)前碳化硅襯底已應(yīng)用于功率器件及功率器件。碳化硅器件優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）耐高壓。擊穿電場強(qiáng)度大，是硅的 10 倍，用碳化硅制備器件可以極大地提高耐壓容量、工作頻率和電流密度，并大大降低器件的導(dǎo)通損耗。所以在實(shí)際應(yīng)用過程中，與硅基相比可以設(shè)計(jì)成更小的體積，約為硅基器件的 1/10。

（2）耐高溫。半導(dǎo)體器件在較高的溫度下，會(huì)產(chǎn)生載流子的本征激發(fā)現(xiàn)象，造成器件失效。禁帶寬度越大，器件的極限工作溫度越高。碳化硅的禁帶接近硅的 3 倍，可以保證碳化硅器件在高溫條件下工作的可靠性。硅器件的極限工作溫度一般不能超過 300℃，而碳化硅器件的極限工作溫度可以達(dá)到 600℃以上。同時(shí)，碳化硅的熱導(dǎo)率比硅更高，高熱導(dǎo)率有助于碳化硅器件的散熱，在同樣的輸出功率下保持更低的溫度，碳化硅器件也因此對散熱的設(shè)計(jì)要求更低，有助于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化。

（3）實(shí)現(xiàn)高頻的性能。碳化硅的飽和電子漂移速率大，是硅的 2 倍，這決定了碳化硅器件可以實(shí)現(xiàn)更高的工作頻率和更高的功率密度。同時(shí)碳化硅襯底材料能量損失更小。在相同的電壓和轉(zhuǎn)換頻率下，400V 電壓時(shí)，碳化硅MOSFET逆變器的能量損失約為硅基IGBT能量損失的 29%-60%之間；800V 時(shí)，碳化硅MOSFET逆變器的能量損失約為硅基IGBT能量損失的 30%-50%之間。因此碳化硅器件的能量損失更小。


碳化硅外延

當(dāng)前外延主要以 4 英寸及 6 英寸為主，大尺寸碳化硅外延片占比逐年遞增。碳化硅外延尺寸主要受制于碳化硅襯底尺寸，當(dāng)前 6 英寸碳化硅襯底已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用，因此碳化硅襯底外延也逐漸從 4 英寸向 6 英寸過渡。在未來幾年里，大尺寸碳化硅外延片占比會(huì)逐年遞增。由于 4 英寸碳化硅襯底及外延的技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，因此，4 英寸碳化硅外延晶片已不存在供給短缺的問題，其未來降價(jià)空間有限。此外，雖然當(dāng)前國際先進(jìn)廠商已經(jīng)研發(fā)出 8 英寸碳化硅襯底，但其進(jìn)入碳化硅功率器件制造市場將是一個(gè)漫長的過程，隨著 8 英寸碳化硅外延技術(shù)的逐漸成熟，未來可能會(huì)出現(xiàn) 8 英寸碳化硅功率器件生產(chǎn)線。

碳化硅外延主要解決外延晶片均勻性控制和外延缺陷控制兩大問題。

（1）外延晶片均勻性控制方面，由于外延片尺寸的增大往往會(huì)伴隨外延晶片均勻性的下降，因此大尺寸外延晶片均勻性的控制是提高器件良率和可靠性、進(jìn)而降低成本的關(guān)鍵。

（2）外延缺陷控制問題。基晶面位錯(cuò)（BPD）是影響碳化硅雙極型功率器件穩(wěn)定 性的一個(gè)重要結(jié)晶缺陷，不斷降低 BPD 密度是外延生長技術(shù)發(fā)展的主要方向。由于物理氣象傳輸法（PVT）制 備碳化硅襯底的 BPD 密度較高，外延層中對器件有害的 BPD 多來自于襯底中的 BPD 向外延層的貫穿。因此，提高襯底結(jié)晶質(zhì)量可有效降低外延層 BPD 位錯(cuò)密度。

隨著碳化硅器件的不斷應(yīng)用，器件尺寸及通流能力不斷增加， 對結(jié)晶缺陷密度的要求也不斷增加，在未來技術(shù)的進(jìn)步下，碳化硅外延片結(jié)晶缺陷密度會(huì)隨之不斷下降。

作為新一代通信、新能源汽車、高速列車等新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的核心材料，以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體在《“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中被列為重點(diǎn)。

碳化硅6英寸晶圓產(chǎn)能處于飛速擴(kuò)張期，同時(shí)以Wolfspeed、意法半導(dǎo)體為代表的頭部廠商已經(jīng)達(dá)產(chǎn)8吋碳化硅晶圓。國內(nèi)廠商如三安、山東天岳、天科合達(dá)等廠商主要以6吋晶圓為主，相關(guān)項(xiàng)目20余個(gè)，投資逾300億元；國產(chǎn)8吋晶圓技術(shù)突破也正迎頭趕上。得益于電動(dòng)汽車及充電基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，預(yù)計(jì)2022-2025年間碳化硅器件的市場增長率將達(dá)30%。襯底未來幾年內(nèi)依然是碳化硅器件的主要產(chǎn)能限制因素。

氮化鎵器件目前主要由快充功率市場和5G宏基站和毫米波小基站射頻市場驅(qū)動(dòng)。GaN射頻市場主要由Macom、Intel等占據(jù)，功率市場有英飛凌、Transphorm等。近來年，國內(nèi)企業(yè)如三安、英諾賽科、海威華芯等也在積極布局氮化鎵項(xiàng)目。另外，氮化鎵激光器件快速發(fā)展。GaN半導(dǎo)體激光器在光刻、存儲(chǔ)、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域均有應(yīng)用，目前年出貨量在3億支左右，并且近期以20%的年增長率進(jìn)行增長，預(yù)計(jì)2026年市場總量達(dá)到15億美元。