德邦研究院:2022年碳化硅(SiC)行业研究报告

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SiC具有优秀的材料特性。碳化硅(SiC)是由碳元素和硅元素组成的一种化合物半导体材料,并和氮化镓(GaN)都具有宽禁带的特性,被称为第三代半导体材料。由于SiC具有宽禁带宽度,从而导致其有高击穿电场强度等材料特性。受益于SiC的材料特性,SiC功率器件具有耐高压、体积小、功耗低、耐高温等优势。

SiC器件适用于高压、高频应用场景。功率器件可以按照设计结构分为二极管、MOSFETIGBT等,也可以按照产品并联形态分为单管或者模组,还可以按照衬底材料分为硅基、SiCGaN功率器件。对比来看,SiC器件和IGBT都可以在650V以上的高压下工作,但SiC器件能承受的频率更高。根据感抗和容抗公式,相同感抗、容抗下,电路频率提升,电容和电感值可以下降,即可以使用更小体积的电容和电感。SiC器件需要的被动元器件数量和体积就更小,从而减小了整个系统的体积。

SiC产业链主要包括衬底、外延、器件制造、封测等环节。SiC衬底的制造过程是首先将碳粉和硅粉在高温下反应得到高纯度SiC微粉,然后将其放在单晶生长炉中高温升华形成SiC晶体,最后SiC晶体通过晶锭加工、切割、研磨、抛光和清洗得到SiC衬底。根据衬底电阻率的不同,SiC衬底可以分类为导电型、半绝缘型衬底。由于衬底具有一定缺陷,不适合在其上直接制造半导体器件,所以衬底上一般会沉积一层高质量的外延材料。导电型SiC衬底上一般再外延一层SiC,然后用于制作功率器件,而半绝缘型SiC衬底上可以外延GaN材料,用于制作射频器件。

SiC衬底是晶圆成本中占比最大的一项。由于SiC衬底加工环节复杂、耗时,所以其在整个SiC晶圆中所占成本比例最高。SiC晶圆的其他加工成本包括外压以及正面和背面的掺杂、金属化、CMP、清洗等。考虑到SiC材料属于高硬度的脆性材料,所以在加工、减薄过程中容易比硅晶圆出现更多的翘曲、裂片现象,从而使得目前良率损失占成本比例仍较大。

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