启闳半导体科技(江苏)有限公司QiHong Semicon TECHNOLOGY (JIANGSU) CO.,LTD
与硅晶圆相比,碳化硅衬底的制备难度要高出不少,这也是至今为止能够量产8英寸衬底厂商屈指可数的原因。
一方面,碳化硅衬底制造对温度要求较高,其气相生长温度超过2300℃,且在生产中需要精确调控生长温度,高温对设备和工艺控制带来了极高的要求,再加上生产过程几乎是黑箱操作难以观测,一旦温度和压力控制稍有失误,则会导致失败。
另一方面,碳化硅长晶速度慢,产出良率还低。一般来说,硅棒拉晶 2-3 天即可拉出约2m长的8英寸硅棒,而碳化硅却需要约7天的时间才能生长 50px,比硅棒拉晶速度慢了一倍还不止。更重要的是碳化硅衬底对晶型要求高,需要精准控制硅碳比、生长温度梯度、晶体生长速率以及气流气压等各种参数,才有可能制造出无缺陷、皆为 4H 晶型的可用碳化硅衬底,如此苛刻的要求,使得原本就困难的碳化硅衬底制造更加雪上加霜。
较高的制造难度带来的是一时之间难以下探的价格。据《科创板日报》报道,有业内人士表示,目前第三代半导体主要瓶颈便在于外延片,而衬底是碳化硅晶圆产能的关键制约点。相较于成熟的硅片制造工艺,碳化硅衬底价格短期内依然会较为高昂。
除了本身价格昂贵外,碳化硅功率器件市场持续扩张也是一部分原因,毕竟无论在哪个领域,终端市场永远有着绝对的发言权。
仅以新能源汽车为例,安森美在技术资料中指出,碳化硅器件所具有的独特优势将改变电动车的未来,如在关键的主驱逆变器中采用碳化硅可满足更高功率和更低的能效、更远续航、更小损耗和更低的重量,以及向800V迁移的趋势中更能发挥它的优势。
面对如此优势,车企很难不心动。三安光电副总经理陈东坡曾预计,在2023-2024年,碳化硅器件在长续航里程的电动车车型的渗透率会到80%—90%,未来也会在低续航里程的车型中逐步渗透。预计2024年之后,400至500公里续航的电动车碳化硅器件的渗透率会达到40%左右,而400公里续航以下的车型碳化硅器件会在2025年之后达到10%左右。
随着越来越多的车企开始导入,碳化硅功率器件有望成为最畅销的功率器件。据研调机构DIGITIMES Research预估,2025年SiC在电动车应用的市场规模可至6.5亿美元,2021-2025年,年复合增长率25-30%。此外,TrendForce也预测,2022年车用碳化硅器件市场规模有望达到10.7亿美元,2026年将进一步攀升至39.4亿美元。
图源:TrendForce
当然,新能源汽车只是碳化硅功率器件广阔的应用市场之一,未来在5G 基建、特高压及轨道交通等各领域,碳化硅都将迎来巨大的发展机遇,而作为碳化硅功率器件必备的材料,碳化硅衬底市场毫无疑问也会水涨船高。