碳化硅，究竟贵在哪里？

材料科学与工程技术

1.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。

2.碳化硅生产周期漫长

（1）单晶生长速度慢，尺寸小

具体来看，首先是单晶生长的速度慢，尺寸小，碳化硅单晶的生长的速度非常非常的缓慢，每小时只能有0.3到0.5毫米，这个首先有材料本身属性的问题也有生产方法的问题。对于材料属性我们不可以直接把控，但是我们是否可以通过单晶生长方法的改善来改善单晶生长的速度以及扩大其尺寸，这是我们一直以来在努力的方向。下图（图一）为碳化硅尺寸的演变过程，通过图我们也可以看出，对于缩短其生产周期以及扩大其尺寸，我们一直在努力，这也是碳化硅成本一直下降的主要原因；而硅的单晶，非常非常的快，72个小时就能生长两三米的长度了，并且碳化硅单晶总体的生长高度也就是三五厘米，相比于硅来说，轻轻松松就能达到数米的高度。所以我们通常说单晶硅为硅棒，碳化硅的这个单晶我们一般称之为碳化硅锭，从这个词儿我们就看出来，一个是棒，一个是锭，这个长度的区别，就非常的明显了，并且碳化硅现在是以六英寸的晶圆为主的，而硅最大的尺寸可以达到12英寸。因此，总结以上我们就会发现，相比于硅来说碳化硅就是单晶生长速度长慢，长短尺寸小，最终导致碳化硅的定价高于硅数倍。以下为碳化硅尺寸发展图：

注：图片来源于科锐公司官网

（2）硬度大，容易破碎

碳化硅的硬度大，容易破碎，碳化硅的结构就是金刚石，金刚石的硬度很大，那么意味着延展性差，刚性强就是容易破碎，但在整个碳化硅的生产过程中，切割，打磨，抛光这些工艺，又时刻需要在碳化硅基片上做很多精湛工艺，这个时候，为了防止碳化硅碎裂，就必须慢工出细活了，就是多花时间，工艺求精，因此碳化硅的生产有很高的技术壁垒，这也是在导致碳化硅定价高昂的原因之一。碳化硅的主要缺陷就是微管，微管指碳化硅晶片的一种缺陷，是晶片中延轴向延伸且径向尺寸在一微米至十几微米的中空管道，这是影响碳化硅良率的一个重要因素，不过这个使我们可以通过技术改进、生产方法改进等等手段直接控制的因素，不过这种控制不仅仅是资金的投入，更是对人才、技术等等的投入，而且这种投入的风险极大，虽然属于可直接把控的因素，但是也是很难把控的一个因素。

（3）产线自动化程度低

碳化硅现阶段的产线的自动化程度比较低。对于碳化硅的自动化，首先我们不可不谈的就是碳化硅的制造设备，目前碳化硅的制造设备还主要依靠于进口，国产化程度极低，虽然也有部分的国内设备商家，但是质量等等方面与国外还是有很大差距的，所以，自动化低就成了影响我们国内碳化硅生产周期的有一大因素，总体而言，他是一个直接可控因素，但是自动化程度提高的路是一条曲折的路，需要时间以及空间。目前，碳化硅是以八英寸为主的，那八英寸的产线自动化，不管是碳化硅还是其他的化合物半导体的生产，只要是半导体的产线，它的自动化就非常低，此也是导致其生产周期长的一个重要原因，降低了生产的效率，变相的在碳化硅的高昂定价中起到了推波助澜的作用。

综上所述，企业在以上生长周期、工艺制造、产线自动化等三者中会受市场的波动而增高。

3. 碳化硅 (SiC)产业供给吃紧

随着电动车市场持续成长，带动第三代半导体碳化硅 (SiC) 等高阶功率半导体需求，但目前产业供给仍在爬坡阶段，业者预期，在 IDM 厂陆续将 6 吋硅晶圆相关产线转至 SiC 下，加上许多大厂扩产陆续到位，明年中旬 SiC 供应可望显著增加。

由于碳化硅基板不仅占功率元件成本比重高，且为关乎产品质量的最大关键，以 SiC MOSFET 元件来说，光是 SiC 晶圆本身，就已决定 60% 的 SiC MOSFET 元件成败，长晶也因此成为攸关厂商产品竞争力的关键制程环节。

为加速推进碳化硅业务发展，环球晶 (6488-TW) 也宣布将自行研发碳化硅长晶炉，研发 6 吋及 8 吋共享长晶炉，目前已有原型机台，预估仍须 2 年时间开发，届时可望加速推进碳化硅晶圆生产动能。

由于近来 6 吋以下晶圆需求较弱，许多 IDM 厂相继将硅基半导体相关产能，转至 6 吋碳化硅，加上 Wolfspeed、罗姆半导体、意法半导体等大厂积极扩产，随着相关产能陆续到位，明年中旬后，碳化硅市场供给可望增加许多。