碳化硅行业报告：SiC成本逐步下降（27页）

行业报告下载 2022年09月22日 06:57 管理员

SiC 具有优秀的材料特性。碳化硅（SiC）是由碳元素和硅元素组成的一种化合物半导体材料，并和氮化镓（GaN）都具有宽禁带的特性，被称为第三代半导体材料。由于 SiC 具有宽禁带宽度，从而导致其有高击穿电场强度等材料特性。受益于 SiC 的材料特性，SiC 功率器件具有耐高压、体积小、功耗低、耐高温等优势。SiC 器件适用于高压、高频应用场景。功率器件可以按照设计结构分为二极管、MOSFET、IGBT 等，也可以按照产品并联形态分为单管或者模组，还可以按照衬底材料分为硅基、SiC、GaN功率器件。对比来看，SiC 器件和 IGBT 都可以在 650V 以上的高压下工作，但 SiC 器件能承受的频率更高。根据感抗和容抗公式，相同感抗、容抗下，电路频率提升，电容和电感值可以下降，即可以使用更小体积的电容和电感。SiC 器件需要的被动元器件数量和体积就更小，从而减小了整个系统的体积。SiC 产业链主要包括衬底、外延、器件制造、封测等环节。SiC 衬底的制造过程是首先将碳粉和硅粉在高温下反应得到高纯度 SiC 微粉，然后将其放在单晶生长炉中高温升华形成 SiC 晶体，最后 SiC 晶体通过晶锭加工、切割、研磨、抛光和清洗得到 SiC 衬底。根据衬底电阻率的不同，SiC 衬底可以分类为导电型、半绝缘型衬底。由于衬底具有一定缺陷，不适合在其上直接制造半导体器件，所以衬底上一般会沉积一层高质量的外延材料。导电型 SiC 衬底上一般再外延一层 SiC，然后用于制作功率器件，而半绝缘型 SiC 衬底上可以外延 GaN材料，用于制作射频器件。SiC 衬底是晶圆成本中占比最大的一项。由于 SiC 衬底加工环节复杂、耗时，所以其在整个 SiC 晶圆中所占成本比例最高。

SiC 晶圆的其他加工成本包括外压以及正面和背面的掺杂、金属化、CMP、清洗等。考虑到 SiC 材料属于高硬度的脆性材料，所以在加工、减薄过程中容易比硅晶圆出现更多的翘曲、裂片现象，从而使得目前良率损失占成本比例仍较大。SiC 衬底将迎来高速成长，其中导电型衬底占主要地位。按照电阻率的不同， SiC 衬底分为导电型和半绝缘型衬底。由于导电型衬底用于做功率器件，下游应用更广泛，所以其市场空间也较半绝缘型衬底要大。展望未来，Wolfspeed 预测 2022 年全球 SiC 材料的市场空间在 7 亿美元，而 2026 年将增长到 17 亿美元，复合增速达到 25%，且其中用于功率器件的导电性衬底仍将占主要地位。国产 SiC 衬底与海外的差距逐步缩窄。目前全球的 SiC 衬底量产线主要尺寸为 6 英寸，而业内头部公司也在往 8 英寸产线发展。例如，Wolfspeed 的第一条 8 英寸 SiC 产线将在 2022 年 Q2 开始生产，标志着全球第一条 8 英寸 SiC 产线的投产。目前国内的 SiC 衬底产线以 4 英寸为主，部分厂商也开始量产 6 英寸的衬底。以天岳先进为例，国内 4 英寸产线的量产时间较海外晚 10 年以上，但 6 英寸的量产时间差距缩小至 7~10 年，反映国产 SiC 衬底技术也在逐步提升。全球 SiC 从 6英寸往 8英寸发展，有望带动芯片单价下降。正如硅片晶圆从 8 英寸往 12 英寸发展，目前 SiC 晶圆也正在从 6 英寸往 8 英寸发展。更大的晶圆尺寸可以带来单片芯片数量的提升、提高产出率，以及降低边缘芯片的比例，从而提升晶圆利用率。例如，Wolfspeed 统计，6 英寸 SiC 晶圆中边缘芯片占比有 14%，而到 8 英寸中占比降低到 7%。随着全球 SiC 晶圆的尺寸扩大，预计将带动 SiC 芯片单价降低，从而打开应用市场。