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2025-03-31 45 电子行业报告
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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