碳化硅功率器件上下游產(chǎn)業(yè)鏈:襯底和外延的重要性
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展中,碳化硅(SiC)作為一種新型的寬禁帶半導(dǎo)體材料,正逐步成為功率半導(dǎo)體行業(yè)的重要發(fā)展方向。碳化硅功率器件以其耐高溫、耐高壓、高頻、大功率和低能耗等優(yōu)良特性,在新能源汽車(chē)、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。而碳化硅功率器件的上下游產(chǎn)業(yè)鏈中,襯底和外延作為關(guān)鍵環(huán)節(jié),對(duì)于器件的性能和成本具有至關(guān)重要的影響。
一、碳化硅功率器件上下游產(chǎn)業(yè)鏈概述
碳化硅功率器件的產(chǎn)業(yè)鏈大致可以分為上游、中游和下游三個(gè)部分。上游主要包括碳化硅襯底和外延材料的制備;中游涉及碳化硅功率器件的設(shè)計(jì)、制造和封測(cè);下游則是碳化硅功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域,如新能源汽車(chē)、光伏發(fā)電、軌道交通等。
二、襯底的重要性
基礎(chǔ)材料的關(guān)鍵作用
襯底是碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)鏈上游的核心環(huán)節(jié),是半導(dǎo)體器件的基底材料,主要起到物理支撐、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等作用。碳化硅襯底由碳和硅元素組成的化合物半導(dǎo)體單晶材料,具有高硬度、高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率等優(yōu)良特性,是制造碳化硅功率器件的關(guān)鍵原材料。
制備工藝復(fù)雜,技術(shù)壁壘高
碳化硅襯底的制備工藝復(fù)雜,生長(zhǎng)速度慢,產(chǎn)出良率低,是碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈亟待突破的最核心部分。制備過(guò)程中需要對(duì)溫度和壓力進(jìn)行精確控制,生長(zhǎng)溫度通常在2300℃以上,且長(zhǎng)晶速度慢,7天時(shí)間大約只能生長(zhǎng)2cm的碳化硅晶棒。此外,碳化硅襯底的晶型要求高,只有少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)的單晶型碳化硅才可作為半導(dǎo)體材料,且切割加工難度大,導(dǎo)致成本高昂。
對(duì)器件性能的決定性影響
碳化硅襯底的電學(xué)性能決定了下游芯片功能與性能的優(yōu)劣。高質(zhì)量的碳化硅襯底能夠減少器件的缺陷,提高器件的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí),襯底的尺寸越大,單位襯底可制造的芯片數(shù)量越多,單位芯片成本越低,有利于進(jìn)一步降低碳化硅功率器件的成本。
三、外延的重要性
提升器件性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
碳化硅外延片是在碳化硅襯底上生長(zhǎng)一層有一定要求、與襯底晶相同的單晶薄膜(外延層)的碳化硅片。外延層的質(zhì)量對(duì)碳化硅功率器件的性能具有重要影響。優(yōu)質(zhì)的碳化硅外延生長(zhǎng)工藝不僅可以改進(jìn)碳化硅襯底缺陷,還可以減少外延自身生長(zhǎng)缺陷,大幅提升下游器件的良率和性能。
技術(shù)壁壘高,生產(chǎn)難度大
高質(zhì)量的碳化硅外延片生產(chǎn)壁壘高,全球碳化硅器件下游需求旺盛,造成高質(zhì)量碳化硅外延片供應(yīng)緊俏。外延生長(zhǎng)過(guò)程中需要精確控制生長(zhǎng)條件,如溫度、氣體流量等,以確保外延層的均勻性和質(zhì)量。此外,外延層的厚度、摻雜濃度等參數(shù)也需要精確控制,以滿足不同器件的需求。
推動(dòng)碳化硅行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的基石
碳化硅外延片作為碳化硅器件成型的必備環(huán)節(jié),具有不可或缺的重要作用。隨著碳化硅功率器件在新能源汽車(chē)、光伏發(fā)電等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,對(duì)高質(zhì)量碳化硅外延片的需求不斷增長(zhǎng)。推動(dòng)碳化硅外延技術(shù)的發(fā)展,不僅有助于提高碳化硅功率器件的性能和可靠性,還能降低生產(chǎn)成本,推動(dòng)碳化硅行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
四、襯底和外延對(duì)碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)鏈的影響
提升產(chǎn)業(yè)鏈附加值
從價(jià)值角度來(lái)看,碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈附加值向上游集中,外延(含襯底)在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中價(jià)值量較高。襯底和外延作為碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié),分別占碳化硅功率器件成本結(jié)構(gòu)的47%和23%。因此,提升襯底和外延的質(zhì)量和產(chǎn)量,有助于提升整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的附加值。
推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)
襯底和外延技術(shù)的發(fā)展是推動(dòng)碳化硅功率器件技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵。通過(guò)不斷研發(fā)新的制備工藝和生長(zhǎng)技術(shù),提高襯底和外延的質(zhì)量和產(chǎn)量,可以降低碳化硅功率器件的生產(chǎn)成本,提高器件的性能和可靠性,推動(dòng)碳化硅功率器件在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。
促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展
碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)鏈上下游各環(huán)節(jié)相互依存、相互促進(jìn)。襯底和外延作為產(chǎn)業(yè)鏈上游的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其發(fā)展?fàn)顩r直接影響到中游器件制造和下游應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。因此,加強(qiáng)襯底和外延技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新,有助于促進(jìn)整個(gè)碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。
五、結(jié)論
綜上所述,襯底和外延在碳化硅功率器件上下游產(chǎn)業(yè)鏈中具有至關(guān)重要的地位。襯底作為碳化硅功率器件的基礎(chǔ)材料,其質(zhì)量和性能直接影響到器件的可靠性和穩(wěn)定性;而外延作為提升器件性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其質(zhì)量和產(chǎn)量對(duì)碳化硅功率器件的性能和成本具有重要影響。因此,加強(qiáng)襯底和外延技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新,是推動(dòng)碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵所在。未來(lái),隨著碳化硅功率器件在新能源汽車(chē)、光伏發(fā)電等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,對(duì)高質(zhì)量襯底和外延的需求將不斷增長(zhǎng),為碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。