发展碳化硅,衬底是关键

日期:2021-08-23 14:52:17 作者:kunshan 浏览量:75

电动车、5G基建带动功率元件需求,第3代半导体具重要地位,中国、美国等主要国家纷纷政策推动,海内外企业也争相投入。产业分析师表示,碳化硅衬底是发展最大关键。


中国台湾工研院产科国际所研究总监杨瑞临说,第3代半导体近年成为各国政府与产业界关注的热门焦点,主要有3个催化剂。第一是美国电动车大厂特斯拉(Tesla)抢先采用第3代半导体碳化硅(SiC),让SiC元件得以实际发挥散热性佳,及提高电动车续航力等特色。


第二是全球环保意识抬头,各国政府为达到碳中和、净零碳排,纷纷订定淘汰燃油车的时间表,促使车厂加速转进电动车。第三是中国为记取硅基半导体受制于美国的教训,政策大力支持发展第3代半导体。


有别于中国砸钱补贴的作法,杨瑞临表示,美国政府推动的基建计划中将大举建置充电桩,这将为第3代半导体SiC创造市场。


第3代半导体是以SiC及氮化镓(GaN)为主要材料,有别于第1代半导体以硅(Si)、锗(Ge)为主要材料,及第2代半导体以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、铝砷化镓(AlGaAs)为主要材料。


杨瑞临指出,在高功率应用方面,第3代半导体具备宽能隙、耐高温和高功率密度等特性;在高频应用方面,具备低能耗和散热佳等特性。电动车、5G基建及快充等需求是主要成长动能。


SiC晶体管与碳化硅基GaN晶体管是成长性较高的两项产品,年复合成长率分别达27%及26%,都需要采用SiC衬底。


此外,SiC功率元件成本架构,也是以包含长晶、切割、研磨的衬底占最大比重,高达50%。其余的磊晶占25%,制造占20%,后段封测占5%。


杨瑞临表示,SiC衬底制造难度高,是成本高昂的主因。热场控制及晶种掌握相当关键,却只能土法炼钢,做中学、学中做。


SiC长晶效率又比Si慢100至200倍,Si长晶约3天即可制造高度200公分晶棒,SiC要7天才能长出2至5公分的晶球。此外,SiC硬且脆,切割、研磨抛光难度高,会有很多报废物。


科锐(Cree)是全球SiC衬底龙头厂,市占率超过6成,目前国内有广运集团旗下盛新材料科技和稳晟材料投入SiC衬底领域。


杨瑞临说,SiC衬底不仅占功率元件成本比重高,且与产品质量密切相关,SiC衬底将是SiC发展的一大关键,包括意法半导体(ST)等厂商皆积极朝上游SiC衬底发展,以强化竞争力,值得厂商参考。


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