SiC是第三代半导体材料当中的一种,其实早在00年起国内各地方省政府就先后颁布了多条专项政策,将第三代半导体作为重点发展的产业方向之一。而今年的大火也是因为SiC的重要下游应用领域新能源车以及光伏、储能行业的快速发展。

SiC的性能想必很多人都已经耳熟能详了,简单来说它是能够在高温高压下工作,且因为其传导性能好能够在通电时减小能量损失,提高工作效率。了解了它的性能后,我们来说一下用SiC材料到应用的过程都经历什么?

简单来说可以将SiC产业链拆解为四个环节,分别是SiC晶片-外延-器件-应用,那么这个产业链的价值量和核心技术又看什么呢?接下来华尔街见闻·见智研究为大家详细解读一下。

SiC衬底在产业链中价值量最大

传统半导体材料我们都比较熟悉是硅晶衬底,而SiC衬底的生产流程则比较复杂,具体来看是由高纯碳粉、硅粉进行合成成为SiC粉,然后进行晶体生长过程可形成SiC晶锭,再通过加工形成晶棒,晶棒经过切割形成SiC晶片,晶片在通过研磨、抛光、清洗环节最终形成衬底。

衬底的制造是生产SiC器件当中最核心的环节:首先技术壁垒非常高,难度远远大于硅片衬底的生产。其次SiC衬底也是SiC器件生产过程中价值量最大的环节,占到整个产业链5成的价值比重,而SiC衬底最核心的就是SiC晶体的生长。

为什么衬底生产难且价值量高,具体体现在以下三个方面:

1、相比于Si这种在自然界中比较常见的元素来看,SiC则是比较罕见的,需要冶炼才能够得到,而生产SiC环境要求也比较高,需要保障在摄氏度以上的环境中。另一方面,对于SiC晶棒来说,大约7天的时间才能够生长出cm的长度,原材料获取就是一件非常耗时的过程。

、SiC衬底对于晶型要求也非常高,对于SiC的晶型可以达到70多种,然而只有少数几种晶体结构的单晶型SiC才能够用于生产SiC器件,因而良率也比较低。

3、因为SiC的物理特性硬度非常高,仅次于金刚石,在切割时加工难度高,而且加工过程中的磨损也会比较多,因此利用率会较低。

外延片是什么?

在得到SiC衬底后在回到产业链中继续分析,SiC的衬底可分为半绝缘型以及导电型,两种衬底分别用于不同的外延生长以及器件,并且应用领域也完全不同。具体来看,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。在下游细分领域中具体来看,功率放大器依旧占据最大价值比重,约4%,其次是滤波器、WIFI模组、接收模组等分别占0%、13%、1%。目前SiC基氮化镓射频器件已逐步成为5G功率放大器的主流技术路线;而导电型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领域。这里就引入了第二个大家可能不太熟悉的名词——外延是什么?

外延的本质是在衬底上面再覆盖一层,为什么这么做呢?主要是由于SiC衬底材料的质量以及其表面的特性不能够满足器件生产的条件,因为需要制造较厚的外延层用于满足大功率、高压、高频器件的需求。而外延层的生长一般有两大类方向,气相生长和液相生长法,气相生长是通过原子或分子在结晶界面不断沉积的方式得到外延层,而液相生长则是单晶从液固平衡的系统中生长,两种方式各有特色,具体来看:气相生长能够得到高质量的SiC单晶材料、外延层以及器件异质结构,包括化学气相沉积(CVD)和物理气相传输(PVT);而液相生长的特点是能够得到低成本且大尺寸的单晶材料,可以用于大规模的生长,包括Si溶剂液相生长和其他溶剂液相生长法。

SiC器件是非标准化产品

市场上现有SiC器件大致有以下四种分类:SiC二级管、SiCMOSFET、全SiC模块(SiC二级管和SiCMOSFET构成)、SiC混合模块(SiC二级管和SiCIGBT构成)。其实对于SiC器件来说本来就是一种非标准化的产品,在Wolfspd的

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