碳化硅半导体|碳化硅衬底的主要特点( 二 ) 碳化硅半导体

文章图片
图二、碳化硅衬底分类
注1：图片来源于巨浪资讯
注2：射频器件指利用射频技术形成的一类元器件，常用于无线通信等领域
注3：功率器件指用于电力设备的电能变换和控制电路的分立器件，也称电力电子器件
二、成本贵在以下几个方面
（一）一次性价格高昂耗材占比重

文章图片
图三、某公司碳化硅衬底制备原料清单
注：单位：万元
由图三可知：（1）由原料支出总体金额来看，该公司的原料支出金额从2018年的3250万元涨到了2021年的19926.9万元，由此可看出碳化硅的市场热度以及市场发展前景，从3250万元到19926.9复合增长率高达6%以上，可见市场对于碳化硅的认可度以及碳化硅的市场热度；（2）在碳化硅衬底的制备原料里，以2021年为例，石墨件成本占比为45.21% ，石墨毡占比为41.32% ，占据了原料成本的86.53% ，相对比与碳粉、硅粉占比0.97%、1.99%可谓差别巨大，相较于其余一些抛光液2.01% ，抛光垫1.75% ，金刚石粉2.34% ，其他占比为4.18%等也是相差巨大，其中占比最大的原料是石墨件45.21% ，占比最低的原料是切割钢丝0.22%；（3）在2018—2021年碳化硅衬底制备的原料中根据其成本占比波动趋势可以将原料分为三类：第一类是占比呈现上升趋势的如石墨件从32.98%上升至45.21% ，石墨毡从37.06%上升至41.32%；第二类是占比基本保持稳定的原料如切割钢丝占比一直维持在0.25（±0.5之内），抛光液占比一直维持在1%（±1%左右）以及抛光垫占比一直维持在2%（±0.5%之内）；第三类是呈现占比下降趋势的原料如碳粉从2018年占比5.71%下降至2021年0.97% ，硅粉2018年的占比5.47%到2021年的占比1.99%以及其他占比从2018年的8.75%下降至2021年的4.18%；
综合以上分析可知，在碳化硅的制备过程中，一次性价格高昂耗材占比过重是导致碳化硅衬底生产成本高的原因之一。坩埚（石墨件）指以一定粒径的石墨粉高压压制后高温长时间煅烧制成的器皿，具有耐高温、导热性能强、抗腐蚀性能好、寿命长等特点，是碳化硅晶体生长过程中的耗材之一，其在碳化硅衬底生产原料中到2021年占比达到45%以上，而且其占比还呈现一种上升趋势，这是碳化硅制备成本高昂的很大一个原因。
（二）制备工艺条件要求高
PVT法指PhysicalVaporTransportation ，物理气相传输法，一种常见的碳化硅晶体生长方法，在2,300°C以上高温、接近真空的低压下加热碳化硅粉料，使其升华产生包含Si、Si2C、SiC2等不同气相组分的反应气体；由于固相升华反应形成的Si、C成分的气相分压不同， Si/C化学计量比随热场分布存在差异，需要使气相组分按照设计的热场和温梯进行分布和传输，使组分输运至生长腔室既定的结晶位置；为了避免无序的气相结晶形成多晶态碳化硅，在生长腔室顶部设置碳化硅籽晶（种子），输运至籽晶处的气相组分在气相组分过饱和度的驱动下在籽晶表面原子沉积，生长为碳化硅单晶。以上碳化硅单晶制备的整个固-气-固反应过程都处于一个完整且密闭的生长腔室内，反应系统的各个参数相互耦合，任意生长条件的波动都会导致整个单晶生长系统发生变化，影响碳化硅晶体生长的稳定性；此外，碳化硅单晶在其结晶取向上的不同密排结构存在多种原子连接键合方式，从而形成200多种碳化硅同质异构结构的晶型，且不同晶型之间的能量转化势垒极低。因此，在PVT单晶生长系统中极易发生不同晶型的转化，导致目标晶型杂乱以及各种结晶缺陷等严重质量问题。故需采用专用检测设备检测晶锭的晶型和各项缺陷。