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碳化硅的国产化发展?

发布日期: 2020/10/27 14:38:49 | 来源:台州市新潮珩磨设备制造有限公司
随着近年来美国对我国半导体产业的重重禁运封锁广泛报道,大家对第二代半导体中的硅基半导体,也已经有很多了解。而今天,我们要谈的,是下一代,即第三代半导体中的一种重要材料——碳化硅


碳化硅(SiC),与氮化镓(GaN)、金刚石、氧化锌(ZnO)等一起,属于第三代半导体。碳化硅等第三代半导体具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小等独特的性能。用这种特性制造的电力或电子元件,体积更小、传输速度更快、可靠性更高,耗能更低,最高可以降低50%以上的能量损失,积减小75%左右。特别重要的是,三代半导体可以在更高的温度、电压和频率下工作。

因此,碳化硅等第三代半导体,在半导体照明光电器件、电力电子、射频微波器件、激光器和探测器件、太阳能电池和生物传感器等其他器件等方面展现出巨大的潜力。在军用方面,SiC主要用于大功率高频功率器件。

碳化硅半导体的生产步骤包括单晶生长、外延层生长以及器件/芯片制造,分别对应衬底、外延和器件/芯片。后文会围绕这三个方面,对碳化硅产业的国产化发展进行讨论。

对应碳化硅的衬底的2种类型,即导电型碳化硅衬底和半绝缘型碳化硅衬底。在导电型碳化硅衬底上,生长碳化硅外延层,可以制得碳化硅外延片,进一步制成功率器件,主要应用于新能源汽车等领域;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,可进一步制成微波射频器件,应用于5G通讯等领域。本文内容来源于兵器迷的天空半导体行业观察,版权归原作者所有,如涉及侵权,请直接联系小编删除.谢谢!

碳化硅生产设备

与二代半导体类似,我国碳化硅生产设备也大量来自进口美欧日的产品。比如,外延片生产国内第一的瀚天天成公司,碳化硅外延晶片生长炉和各种进口高端检测设备都是引进德国Aixtron公司的,外延生长技术已达到国际先进水平的东莞天域公司,其核心的四台SiC-CVD及配套检测设备也都是进口产品。
碳化硅的设备国产化在这两年也有一些进展。


总结和展望

碳化硅领域,特别是碳化硅的高端(高压高功率场景)器件领域,基本上仍掌握在西方国家手里,SiC产业呈现美、日、欧三足鼎立的竞争格局,前五大厂商份额约90%。CREE、英飞凌和罗姆,呈现出寡头垄断式的市占率。


我国在碳化硅领域,过去一直呈现较大的救赎代差,落后国际水平5-8年左右。但是,从2018年之后的3年里,呈现出加速追赶的态势。
衬底方面,4家厂商研发成功6英寸产品并启动了工业化生产,8英寸衬底初步研发成功。与国外的差距缩小到半代,大概3-4年左右。

外延片方面,进展稍慢。6英寸产品出现在市场上,但8英寸产品的研发成功尚未见到公开报道。本土外延片的第一厂商瀚天天成公司,是与美国合资的,自主可控能力依然有一定的不确定性。

器件方面,特别是高压高频高功率器件方面,我们的差距仍然较大。1700伏以上的本土产品凤毛麟角,依然有很多路要赶。

设备方面:碳化硅生产的高端设备,基本掌握在欧美手中。国内核心设备正在加紧国产化。但检测设备与国内其他行业的同类产品一样,是非常大的短板。

因此,碳化硅和第三代半导体,在整个行业范围内仍然是在探索过程中发展,远未达到能够大规模替代第二代半导体的成熟产业地步,潜在市场的荒原依然巨大。市场内最先进的玩家,也仍然面临诸多短板有待弥补,因此鹿死谁手尚未分明,任何已经出具规模的参与者,都还有翻盘超越的机会。
第二,我国是碳化硅最大的应用市场。LED照明、高压电力传输、家电领域、5G通信、新能源汽车,这些碳化硅和其他三代半导体的核心应用场景,都以我国作为最大主场。全球生产的碳化硅器件,50%左右就在我国消耗。有市场,有应用场景,就有技术创新的最大原动力和资本市场的投资机会。有最大工业制造业的规模,有国家产业政策的适度引导,碳化硅的产业发展就有成功的基础和追赶的希望

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