碳化硅行业报告：第三代半导体（23页）

行业报告下载 2023年05月25日 08:05 管理员

碳化硅作为第三代宽禁带半导体材料的代表，在禁带宽度、击穿电场、热导率、电子饱和速率、抗辐射能力等关键参数方面具有显著优势，满足了现代工业对高功率、高电压、高频率的需求，主要被用于制作高速、高频、大功率及发光电子元器件，下游应用领域包括智能电网、新能源汽车、光伏风电、5G 通信等，在功率器件领域，碳化硅二极管、MOSFET 已经开始商业化应用。耐高温。碳化硅的禁带宽度是硅的 2-3 倍，在高温下电子不易发生跃迁，可耐受更高的工作温度，且碳化硅的热导率是硅的 4-5 倍，使得器件散热更容易，极限工作温度更高。耐高温特性可以显著提升功率密度，同时降低对散热系统的要求，使终端更加轻量和小型化。耐高压。碳化硅的击穿电场强度是硅的 10 倍，能够耐受更高的电压，更适用于高电压器件。耐高频。碳化硅具有 2 倍于硅的饱和电子漂移速率，导致其器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，能有效提高器件的开关频率，实现器件小型化。低能量损耗。碳化硅相较于硅材料具有极低的导通电阻，导通损耗低；

同时，碳化硅的高禁带宽度大幅减少泄漏电流，功率损耗降低；此外，碳化硅器件在关断过程中不存在电流拖尾现象，开关损耗低。碳化硅从材料到半导体功率器件会经历单晶生长、晶锭切片、外延生长、晶圆设计、制造、封装等工艺流程。在合成碳化硅粉后，先制作碳化硅晶锭，然后经过切片、打磨、抛光得到碳化硅衬底，经外延生长得到外延片。外延片经过光刻、刻蚀、离子注入、金属钝化等工艺得到碳化硅晶圆，将晶圆切割成 die，经过封装得到器件，器件组合在一起放入特殊外壳中组装成模组。以高纯碳粉、高纯硅粉为原料合成碳化硅粉，在特殊温场下生长不同尺寸的碳化硅晶锭，再经过多道加工工序产出碳化硅衬底。核心工艺流程包括：原料合成：将高纯的硅粉+碳粉按配方混合，在 2000°C 以上的高温条件下于反应腔室内进行反应，合成特定晶型和颗粒度的碳化硅颗粒。再通过破碎、筛分、清洗等工序，得到满足要求的高纯碳化硅粉原料。晶体生长：为碳化硅衬底制造最核心工艺环节，决定了碳化硅衬底的电学性质。目前晶体生长的主要方法有物理气相传输法（PVT）、高温化学气相沉积法（HT-CVD）和液相外延（LPE）三种方法，物理气相传输法为市场主流工艺。晶体加工：通过晶锭加工、晶棒切割、研磨、抛光、清洗等环节，将碳化硅晶棒加工成衬底。

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