凭借成本等综合优势，全球各大厂商纷纷加大对于8英寸碳化硅生产线的投资，从6英寸向8英寸转型升级是产业发展的大趋势，8英寸碳化硅成为各方攻略的新堡垒。在2024传感器大会分场活动——车规级半导体产业发展大会上，深圳市重投天科半导体有限公司（简称：深圳重投天科）研发中心技术总监赵宁介绍了碳化硅材料的发展现状、公司在8英寸碳化硅衬底和外延领域的最新技术突破，并对未来的发展趋势进行了展望。

碳化硅的发展现状

碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料，以其卓越的性能优势，正在逐步替代传统的硅材料，成为功率器件的首选。赵宁先生介绍了碳化硅材料的优势。在击穿电场、饱和电子漂移速率和热导率方面，碳化硅均远超硅材料，这使得碳化硅器件在降低导通电阻、减少能耗方面具有显著优势。理论上，碳化硅器件的单位面积漂移阻抗可以降低到硅的1/300，这一特性使得碳化硅在功率器件领域大放异彩。

碳化硅器件的另一大优势在于其工作时不存在拖尾电流。硅晶体管在高速和高频开关时，由于饱和电子漂移速率较低，会产生拖尾电流，导致较大的关断损耗。而碳化硅器件则具有较高的电子迁移率，不存在拖尾电流，因此开断损耗较低。这些性能优势使得碳化硅在光伏逆变器、新能源汽车等领域得到了广泛应用。

在新能源汽车领域，碳化硅功率器件的应用尤为突出。得益于新能源汽车市场的快速发展，碳化硅功率器件的需求量急剧增长。特斯拉、比亚迪等国内外知名车企纷纷将碳化硅器件应用于其车型中，以提高车辆的能效和性能。据不完全统计，目前国内已有四五十款车型导入了碳化硅模块。此外，碳化硅器件在轨道交通、光伏发电和空调电器等领域的应用也在不断拓展。

据YOLE统计报告预测，2022至2028年间，碳化硅功率器件的年复合增长率将达到31%，其中新能源汽车领域的贡献最大，预计在2028年，新能源汽车领域的占比将达到74%。这一预测数据充分展示了碳化硅材料在未来半导体市场的广阔前景。

碳化硅8英寸时代临近

随着市场需求的不断增长，碳化硅衬底的尺寸也在逐步扩大。从6英寸到8英寸的升级，不仅有助于提高单片晶圆上的芯片产量，还能有效降低成本。赵宁强调，发展8英寸碳化硅衬底的主要动机是降低成本，因为衬底和外延材料占据了整个碳化硅产业链成本的65%左右。通过扩大衬底尺寸，可以减少边缘损失，提高利用率，同时还可以与现有的8英寸硅基产线无缝对接，减少固定投资。8英寸是国内厂商抢占产业制高点的关键机遇。

然而，8英寸碳化硅衬底的开发并非易事。赵宁指出，碳化硅晶体的生长面临着多个技术难点，，包括生长温度高、无法精确控温、无法获知生长参数变化、生长效率低等。这些问题导致了碳化硅衬底的良率较低，成本较高。对于8英寸碳化硅衬底来说，尺寸增大后，其缺陷密度和应力都会发生较大变化，使得生长参数调控更加困难。此外，面型质量控制也是一大难题。目前，国内8英寸碳化硅衬底主要有500微米和350微米两种厚度，但由于面型质量控制不理想，仍需进一步改进。

为了克服这些难题，国内碳化硅行业在单晶生长炉、晶体生长技术、切割技术和衬底磨抛技术等方面进行了大量创新。赵宁介绍，电阻加热方式正在逐步取代电磁感应加热方式，以提高温场调控的精度。在切割技术方面，激光切割技术因其高效、低损耗的特点，正在成为8英寸碳化硅晶体切割的主流技术。此外，衬底磨抛技术也在不断改进，以提高加工精度和减少损耗。

天科合达8英寸碳化硅进展

北京天科合达半导体股份有限公司于2006年9月由新疆天富集团、中国科学院物理研究所共同设立，是国内首家专业从事第三代半导体碳化硅（SiC）晶片研发、生产和销售的国家级高新技术企业。天科合达目前拥有北京总部基地、北京研发中心和三家全资子公司，一家控股子公司——深圳市重投天科半导体有限公司。

天科合达自2006年成立以来，始终致力于碳化硅衬底的研发和生产。经过多年的努力，公司成功实现了2、4、6英寸碳化硅衬底的研发和量产，并在2021年成功实现了8英寸衬底的研发和量产。2024年，天科合达深圳生产基地还实现了6英寸和8英寸外延产品的成功量产。

在研发过程中，天科合达攻克了一系列关键技术难题。在扩径技术方面，公司采用了逐步扩径的方式，并通过不断迭代温场和流场的优化设计，实现了8英寸碳化硅晶体的稳定生长。在多型缺陷控制方面，公司经过多年的研究和实践，成功识别出了影响多型缺陷的各种因素，并采取了有效的控制措施。此外，公司还解决了平面六方空洞等宏观缺陷以及位错等微观缺陷的问题，使得8英寸碳化硅衬底的质量得到了显著提升。

在8英寸碳化硅外延材料方面，天科合达也取得了重要突破。公司成功解决了掺杂浓度和厚度均匀性的控制问题，以及低缺陷密度的控制问题。目前，天科合达的8英寸外延产品已经实现了掺杂浓度、掺杂厚度均匀性的高质量目标，可用面积也达到了99%以上。

碳化硅的扩产浪潮：挑战与机遇并存

在报告的最后部分，赵宁分享了对碳化硅行业的看法。他认为，尽管碳化硅行业面临一些挑战，但整体来看，机遇大于挑战。首先，碳化硅的投资门槛相对较低，工艺复杂度和装备精密度也不及集成电路那么高，这为国内企业提供了更多的发展空间。其次，全球最大的碳化硅市场在中国，尤其是在新能源汽车、轨道交通、通信等领域，应用需求巨大，推动了技术的不断创新和迭代。最后，中国在碳化硅衬底技术方面的研究起步较早，经过多年积累，已经具备了一定的技术储备，与国外的差距正在逐渐缩小。

然而，赵宁也指出了行业面临的两大挑战：一是低水平重复建设现象较为严重，许多企业在看到碳化硅市场的潜力后纷纷涌入，导致项目重复建设，资源浪费。二是产能过剩问题日益突出，尤其是在2023年下半年，由于下游市场的去库存活动，碳化硅衬底和外延企业的订单量减少，企业面临较大的成本压力。对此，赵宁建议，政府应加强对行业的引导，避免盲目扩张，同时企业应通过技术创新和降本增效来应对市场变化。

展望未来，赵宁认为，国内碳化硅企业在衬底和外延材料方面已经具备了与国际巨头竞争的实力，甚至在某些指标上已经超过国外产品。但在器件制造领域，国内企业仍需进一步追赶国际领先水平。他表示，重投天科将继续加大研发投入，推动8英寸碳化硅衬底和外延材料的技术进步，助力中国碳化硅产业的高质量发展。

（转自：广东省半导体行业协会）