SiC 襯底是第三代化合物半導(dǎo)體材料中GaN及SiC 應(yīng)用的基石?？梢酝ㄟ^在SiC 襯底上生成所需的薄膜材料形成外延片，進(jìn)一步制成器件。

SiC 產(chǎn)業(yè)鏈

為什么要做外延呢？

外延是指通過外延生長技術(shù)（如氣相外延MOCVD、液相外延等）在襯底上生長出來的薄膜。這個薄膜可以與襯底用相同的材料（同質(zhì)外延），但可以用與襯底不同的材料（異質(zhì)外延）。

如果還鬧不明白啥是外延，可以參考這里：襯底與外延，這倆到底是啥關(guān)系？這回幫你捋順了！

外延的主要作用可以歸結(jié)兩個方面：

一是，同質(zhì)外延，可以提升器件的穩(wěn)定性。從生產(chǎn)工藝來看，外延技術(shù)對外延溫度、氣流、時間等參數(shù)的精確控制，使得外延層的缺陷度可以比同質(zhì)襯底更小，在襯底上沉積一層外延可以達(dá)到提高器件的性能及可靠性的目的。器件依據(jù)不同的設(shè)計，所需的外延層厚度也會有所差異。一般而言，外延的厚度越大，器件能夠承受的電壓也就越高（比如，600V~6500V的應(yīng)用，SiC 外延層的厚度一般在1~40um，而襯底厚度一般在幾百um左右）。由于SiC 外延有一定難度，所以市場上有一些專門做SiC 外延的廠商。

二是，異質(zhì)外延，可以大幅降低成本。比如，它通過在便宜的硅片上生長一層薄薄的GaN外延，這樣用成熟（便宜，12英寸Si襯底也就200/片）的第一代半導(dǎo)體材料做襯底，來(部分)實現(xiàn)第三代半導(dǎo)體（SiC 6英寸襯底6000+/片）寬禁帶的特性，可謂是相當(dāng)劃算。但是像這種異質(zhì)外延的結(jié)構(gòu)，也存在很多問題，比如晶格失配（可以理解為把腳手架搭在塑料地基上）、溫度系數(shù)不一致（熱脹冷縮，溫度變化時，不同材質(zhì)肯定存在問題）、熱傳導(dǎo)不良（Si的導(dǎo)熱性很差的）等等。

借助石墨烯實現(xiàn)Si襯底上單晶GaN薄膜的外延生長

在導(dǎo)電型SiC 襯底上生長SiC 外延層制得SiC 外延片，可進(jìn)一步制成功率器件，應(yīng)用于新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域在半絕緣型SiC 襯底上生長氮化鎵外延層制得SiC 基氮化鎵（GaN-on-SiC）外延片，可進(jìn)一步制成微波射頻器件，應(yīng)用于5G 通訊、雷達(dá)等領(lǐng)域。

SiC襯底與外延片的價格趨勢

SiC襯底價格會隨著尺寸增加有所下降，同時進(jìn)一步帶來銷量的穩(wěn)步上升。目前襯底發(fā)展最重要的方向趨勢是擴(kuò)大直徑，這會降低襯底生產(chǎn)成本，進(jìn)而降低售價，價格的下降也會加速SiC襯底在各領(lǐng)域內(nèi)的滲透。根據(jù)CASA數(shù)據(jù)預(yù)測，SiC襯底和外延隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)逐步成熟（良率提升）和產(chǎn)能擴(kuò)張（供給提升），預(yù)計襯底價格將以每年8%的速度下降。

SiC襯底價格發(fā)展趨勢（RMB/cm2）

SiC 襯底、器件、外延片市場規(guī)模預(yù)測

碳化硅外延片價格發(fā)展趨勢(RMB/cm^2)

SiC 器件發(fā)展歷史

SiC 器件發(fā)展史

SiC發(fā)展前景：到2027年，國內(nèi)約150億元市場。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2027年全球SiC功率器件市場規(guī)模將由2021年的約11億美元增至62.97億美元，2022-2027年每年以34%年均復(fù)合增長率快速增長。汽車應(yīng)用主導(dǎo)SiC市場，占整個功率SiC器件市場的75%以上。2027年，中國市場約占全球份額的35%（22億美元）。

2027年全球SiC功率器件市場規(guī)模

國際發(fā)展現(xiàn)狀：國內(nèi)外差距5-10年行業(yè)“二八定律”顯著，國際SiC市場主要由意法半導(dǎo)體(41%)、英飛凌(23%)、Wolfspeed(15%)高度壟斷。2019年已完成8英寸SiC產(chǎn)線量產(chǎn)，并開始布局12英寸，國內(nèi)主要仍以4英寸和6英寸產(chǎn)線為主。國內(nèi)與國際先進(jìn)技術(shù)差距在5-10年左右。相關(guān)機構(gòu)預(yù)測，國內(nèi)SiC行業(yè)的發(fā)展，也將朝著馬太效應(yīng)越來越顯著的趨勢發(fā)展。

國內(nèi)SiC市場： 具備IDM能力，累計融資達(dá)1500億。與Si基數(shù)字芯片核心技術(shù)點不同，第三代半導(dǎo)體SiC功率器件的關(guān)鍵技術(shù)，在于襯底外延的制備與器件模組的研發(fā)，對工藝制程要求不高，可不受先進(jìn)光刻機的制約。當(dāng)前，國內(nèi)第一梯隊的SiC相關(guān)企業(yè)均已具備IDM能力。

碳化硅器件成本結(jié)構(gòu)：襯底及外延占據(jù)70%

SiC襯底與外延制備：截止2022年，國內(nèi)有30余家企業(yè)已在SiC襯底環(huán)節(jié)布局（基本半導(dǎo)體不在其內(nèi)），新項目投資額約為500億元（襯底300億，外延200億）。器件研發(fā)與模組設(shè)計：截止2022年，有49家企業(yè)在SiC功率器件環(huán)節(jié)布局，新項目投資額約為1000億元。國內(nèi)融資規(guī)模來看，由于器件研發(fā)與模組設(shè)計的投資回報周期相對較短，即使成本占比較低，卻更易獲得更多融資。市場與產(chǎn)能方面：市場空間大，競爭白熱化。截止2022年，國內(nèi)6寸SiC晶圓（折合）產(chǎn)能約10萬片/年，根據(jù)中國寬禁帶功率半導(dǎo)體及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟測算，隨著國內(nèi)新能源汽車的飛速發(fā)展，2025年國內(nèi)SiC需求將有望突破50萬片/年，國內(nèi)主要SiC企業(yè)均在積極擴(kuò)產(chǎn)。

后記

目前碳化硅器件的生產(chǎn)、制備成本仍然偏高，若良率提升緩慢導(dǎo)致成本下降不及預(yù)期，則將影響到碳化硅在下游應(yīng)用領(lǐng)域的滲透；此外，受益日益旺盛的下游需求，國內(nèi)外SiC 企業(yè)積極擴(kuò)產(chǎn)，若未來行業(yè)競爭加劇導(dǎo)致產(chǎn)能過剩，則SiC 產(chǎn)品面臨降價的風(fēng)險。