碳化硅比硅更能滿足高溫、高壓和高頻的要求,下游應用范圍廣泛。
碳化硅是第三代半導體材料,具有禁帶寬度大、熱導率高、臨界擊穿場強高、電子飽和漂移率高等特點。碳化硅是第三代半導體材料的典型代表。與硅材料等前兩代半導體材料相比,其禁帶寬度更大,擊穿電場強度、飽和電子漂移率、熱導率和耐輻射性等關鍵參數(shù)具有顯著優(yōu)勢?;谶@些優(yōu)良特性,碳化硅襯底在極限性能上優(yōu)于硅襯底,可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率條件下的應用要求。因此,碳化硅材料制成的射頻器件和功率器件可廣泛應用于新能源汽車、光伏、5G通信等領域,是半導體材料領域前景廣闊的材料之一。
碳化硅用于制造功率和射頻器件,產業(yè)鏈包括襯底制備、外延層生長、器件和下游應用。根據(jù)電化學性能的不同,SiC晶體材料分為半絕緣襯底(電阻率高于10 5Ω·cm)和導電襯底(電阻率范圍15-30mΩ·cm)。與傳統(tǒng)的硅基器件不同,碳化硅器件不能直接在襯底上制造。采用化學氣相沉積的方法在襯底表面形成所需的薄膜材料,即形成外延片,然后進一步制作器件。碳化硅基氮化鎵外延片是在半絕緣碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層得到的,可制成適合高頻高溫工作環(huán)境的微波射頻器件如HEMT ,主要應用于5G通信、衛(wèi)星、雷達等領域。碳化硅外延片是在導電的碳化硅襯底上生長碳化硅外延層得到的,可以進一步制成碳化硅二極管、碳化硅MOSFET等功率器件。適用于高溫高壓工作環(huán)境,損耗低。主要應用于新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等領域。
國內外廠商都在積極布局碳化硅,產業(yè)鏈日趨完善。以碳化硅材料為襯底的產業(yè)鏈主要包括碳化硅襯底制備、外延層生長、器件和模塊制造三個環(huán)節(jié)。隨著更多廠商布局碳化硅賽道,產業(yè)鏈加速走向成熟。目前,碳化硅行業(yè)的企業(yè)已經形成了兩種商業(yè)模式。一是覆蓋全產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié),從事碳化硅襯底、外延、器件和模塊的生產,如Wolfspeed、Rohm等;第二種只從事產業(yè)鏈的單個環(huán)節(jié)或部分環(huán)節(jié),比如II-VI,只從事基板的制備和外延,而英飛凌只負責器件和模塊的制造。目前國內大部分碳化硅廠家屬于第二種商業(yè)模式,專注于部分產業(yè)鏈。