随着电子设备的发展,传统硅的缺点逐步凸显,如何解决这一问题,成为众多设计师和制造商最为迫切的问题,为此,针对当前电子产业的特点,碳化硅被提了出来。
据了解,相比传统硅技术,碳化硅技术可以兼得高频和高压这两个重要特性,而相同规格的碳化硅芯片只有硅芯片十分之一大小,此外,碳化硅更小的散热需求和更小的被动元器件,让整体元器件体积大大减小。
而用SiC制造的组件包括二极管,各种晶体管类型和栅极截止晶闸管,通过使用这样的基本构建块,可以创建更小,更轻,效率极高的电源模块,用于将电源切换到负载或从负载切换电源以及进行转换。
因此碳化硅功率半导体在硅半导体中脱颖而出,在电子电力、光电子以及微波通讯等领域均有着广阔的应用前景。
在光电子方面,SiC与GaN晶格失配小、热导率高、器件尺寸小、抗静电能力强、可靠性高等优点,是GaN外延材料的理想衬底材料,由于其良好的热导率,解决了功率型GaN-LED器件的散热问题,特别适合制备大功率的半导体照明用LED,这样大大提高了出光效率,又能有效的降低能耗。
在微波通讯方面,SiC作为一种宽带隙的半导体材料,同时还具有较宽的工作频带,(0~400GHz),加之其优异的高温特性,高击穿电场,高热导率和电子饱和速率等特性,在微波通讯领域也占有一席之地。实现了通讯器件的高效能,高机动,高波段和小型化的,特别是在X波段以上的T/R组件,5G通讯基站中的应用备受关注。
据数据显示,在我国过去一年中,全国半导体总投资超过700亿,而涉及到SiC相关的项目就有65亿,其中不乏三安光电、中科钢研、天通股份等企业。据相关人士透漏,目前我国在碳化硅器件方面的增速异常迅猛,特别是在节能环保的大背景下,国内越来越多的企业开始大规模使用碳化硅器件。
在庞大的市场需求推动下,国内都涌现了一批优秀的甚至在全球市场都有一席之地的企业,整个产业链已经接近实现全国产替代。
据悉,在衬底材料领域,我国有山东天岳、天科合达、河北同光、世纪金光、中电集团2所等;外延片领域有东莞天域、瀚天天成、世纪金光;在SiC功率器件研发制造方面,国内IDM企业有杨杰电子、基本半导体、苏州能讯高能半导体、株洲中车时代、中电科55所;在模组方面,有嘉兴斯达、河南森源、常州武进科华、中车时代电气。
最为未来科技应用最为庞大的材料,在2019年8月,华为旗下的哈勃科技投资有限公司更是投资了山东天岳,持股达10%。据了解,山东天岳自主开发了全新的高纯半绝缘衬底材料,目前量产产品以 4 英寸为主。
同时,在今年2月份,我国最大的碳化硅产业基地在山西正式投产,人民网报道称,该项目计划用5年时间,建成“一中心三基地”,即:中国电科(山西)碳化硅材料产业基地、中国电科(山西)电子装备智能制造产业基地、中国电科(山西)三代半导体技术创新中心、中国电科(山西)光伏新能源产业基地。项目达产后,预计形成产值100亿元。
但值得注意的是,根据第三方Yole统计2018年天科合达衬底材料营收约为0.78亿,排名全球第六、国内第一,但市占率仅1.7%,国产替代空间较大。国内SIC衬底材料厂商露笑科技、天科合达(天富能源参股3.7%)、山东天岳(未上市),器件商斯达半导、华润微、扬杰科技、泰科天润(未上市)等;代工龙头三安集成(三安光电子公司)。