碳化硅半导体|碳化硅衬底的主要特点( 三 ) 碳化硅半导体

由以上可以看出，碳化硅制备的工艺实现条件要求极高有以下几点：（1）碳化硅粉料合成过程中的环境杂质多，难以获得高纯度的粉料；作为反应源的硅粉和碳粉反应不完全易造成Si/C比失衡；碳化硅粉料合成后的晶型和颗粒粒度难控制；（2）2,300°C以上高温、接近真空等在密闭石墨腔室内完成“固-气-固”的转化重结晶过程，生长周期长、控制难度大，易产生微管、包裹物等缺陷；（3）碳化硅包括200多种不同晶型，但生产一般仅需一种晶型，生长过程中易产生晶型转变造成多型夹杂缺陷，制备过程中单一特定晶型难以稳定控制，且不同晶型之间的能量转化势垒极低又给控制增加了难度，期间的参数控制、相关研究需要巨大的研发成本，这又是导致合规的碳化硅成本高昂的又一大原因。
（三）污染处理
众所周知，在国家加强生态建设、碳中和、碳达峰的大环境下，材料制备的污染问题无疑会给材料的成本增加一笔隐形投入。碳化硅衬底材料，主要工序涉及原料合成、晶体生长、晶锭加工、晶棒切割、切割片研磨、研磨片抛光、抛光片清洗等环节，不属于重污染行业；产生的主要污染物为废水（主要包括酸洗清洗废水、废气净化废水、倒角清洗废水、研磨清洗废水、机械抛光清洗废水、生活污水等）、一般固废（主要包括提纯杂质、加工下脚料、生活垃圾等）、危险废物（主要包括废研磨液、废切削液、废抛光液等）、废气（主要包括酸洗废气、乙醇清洗废气、有机废气等）、噪声等。污染物处理主要方式为：废水通过经污水处理站处理达标后排入市水质净化厂进一步处理；一般固废中生活垃圾委托环卫部门处理，其他通过回收单位进行资源再利用；危险废物通过委托有资质第三方机构处理；废气通过排污装置合规排放；噪音通过车间隔音措施等方式处理。
虽然碳化硅的制造企业不属于重污染企业，但中国高质量经济发展无疑是伴随着国家加强生态建设、碳中和、碳达峰的大环境下进行的，所以制备材料的污染处理是一个不可忽视的重要因素。污染的处理费用虽然是材料制备环节中的间接费用，但是作为一种新型材料，其污染问题的处理也一直是大家关注的焦点问题，污染物的处理无疑又是高昂的碳化硅成本的助推者之一。
（四）以微观密度为例解释良率低
碳化硅核心技术参数包括直径、微管密度、多型面积、电阻率范围、总厚度变化、弯曲度、翘曲度、表面粗糙度。上述技术参数指标的具体含义如下：
表二、技术参数指标的具体含义

文章图片
碳化硅晶体中最重要的结晶缺陷之一是微管，其是导致产品良率低以及合规碳化硅成本高昂的又一大因素。微管是延伸并贯穿整个晶棒的中空管道。微管的存在对于器件的应用是致命的，衬底中的微管存在的密度将直接决定外延层的结晶质量，器件区存在微管时将导致器件过高的漏电流甚至器件击穿，造成器件失效。因此，降低微管密度是碳化硅产业化应用的重要技术方向。随着微管缺陷改进技术的不断进步，国际领先的碳化硅企业可以将微管密度稳定地控制在1cm-2以下。这只是其中一种指标的评判，可想而知，制造出以上诸多核心指标纳米级别范围内的优质衬底可见成本控制之难。
综合以上信息可知，碳化硅制备过程中一次性价格高昂耗材占比过重、制备工艺实现条件难度大、制备污染处理费用高以及晶体微管密度高等等原因是综合导致碳化硅成本高昂的重要原因。由于以上几点的都具有很高的技术壁垒、资金壁垒，突破需要巨大的研发投入以及长时间的人才培养，所以对于碳化硅的具体市场渗透来说，降成本、扩尺寸，加大市场渗透率还需要很长的路要走！