中國粉體網(wǎng)訊 2020年，當(dāng)大部分快充電源廠商還在探索65W氮化鎵快充市場時，業(yè)界首款120W氮化鎵+碳化硅快充充電器面世。正是這款產(chǎn)品，第一次將“碳化硅快充”從設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實，開啟了碳化硅在快充領(lǐng)域商用的大門。近日，有媒體報道：針對PD快充“小輕薄”的特點，碳化硅功率器件領(lǐng)先企業(yè)基本半導(dǎo)體在國內(nèi)率先推出SMBF封裝碳化硅肖特基二極管新品，該產(chǎn)品具有體積小、正向?qū)▔旱秃涂估擞磕芰姷忍攸c，能很好地滿足PD快充對器件的特殊需求。
SMBF封裝碳化硅肖特基二極管（圖片來源：基本半導(dǎo)體）
以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料具備耐高溫、耐高壓、高頻率、大功率、抗輻射等優(yōu)異特性，備受行業(yè)關(guān)注，市場前景十分廣闊。據(jù)國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會委員介紹，國家2030計劃和“十四五”國家研發(fā)計劃均已明確第三代半導(dǎo)體為重要發(fā)展方向。而國家“新基建”戰(zhàn)略覆蓋的5G基建、特高壓、城際高鐵和城際軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)都是碳化硅的重要應(yīng)用領(lǐng)域。
雖然碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景可觀，但當(dāng)前碳化硅產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期，碳化硅技術(shù)還不夠成熟，發(fā)展之路面臨不少阻礙，比如碳化硅材料市場供不應(yīng)求，晶圓的良率和成本、電氣性能和產(chǎn)品性能等存在一些問題。同時，全球新冠疫情和國際貿(mào)易沖突也給第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈帶來了巨大沖擊。
從國內(nèi)市場來看，進(jìn)口品牌憑借先發(fā)優(yōu)勢，壟斷了國內(nèi)碳化硅功率器件大部分市場。近些年國產(chǎn)品牌逐步崛起，基本半導(dǎo)體憑借技術(shù)優(yōu)勢及產(chǎn)業(yè)布局，依靠持續(xù)的研發(fā)投入和產(chǎn)品迭代，不斷提升產(chǎn)品性能，其碳化硅功率器件技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。
據(jù)基本半導(dǎo)體的介紹，碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈包含碳化硅粉體、碳化硅晶錠、碳化硅襯底、碳化硅外延、碳化硅晶圓、碳化硅芯片和碳化硅器件封裝環(huán)節(jié)。其中襯底、外延片、晶圓、器件封測是碳化硅價值鏈中最為關(guān)鍵的四個環(huán)節(jié)。碳化硅材料的可靠性對最終器件的性能有著舉足輕重的意義。
在產(chǎn)業(yè)界，碳化硅單晶晶錠的制備有升華PVT、HT-CVD、LPE（溶液生長法）三種方法。其中升華PVT是目前最主流的制備方法，大約95%的商用碳化硅晶錠是由PVT生長。其過程是將碳化硅粉體放入專用設(shè)備中加熱，溫度上升到2200—2500℃后粉體開始升華。由于碳化硅沒有液態(tài)，只有氣態(tài)和固態(tài)，升華后在頂部會結(jié)晶出晶錠。一般地，五六厘米的碳化硅晶錠形成，需連續(xù)穩(wěn)定生長200-300小時，由此可見碳化硅晶錠制備速率十分緩慢，這使得晶錠造價高昂。
基本半導(dǎo)體從產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)探究材料特性及缺陷產(chǎn)生的原因，與上下游企業(yè)協(xié)同合作提升碳化硅功率器件的可靠性。據(jù)其介紹，碳化硅晶錠和襯底片中均含有多種晶體缺陷，如堆垛層錯、微管、貫穿螺型位錯、貫穿刃型位錯、基平面位錯等等。碳化硅晶錠缺陷會極大地影響最終器件的良率，這是產(chǎn)業(yè)鏈中非常重要的話題，各襯底廠家都在不遺余力地降低碳化硅晶錠缺陷密度。
襯底片是晶錠切成薄片，磨平并拋光后得到的產(chǎn)物。襯底片在拋光工藝后獲得良好的表面質(zhì)量，可抑制外延生長中缺陷的產(chǎn)生，從而獲得高質(zhì)量的外延片。其表面質(zhì)量包括平整度、近表面位錯以及殘余應(yīng)力。為了在外延生長的初始階段抑制缺陷的產(chǎn)生，襯底表面必須是無應(yīng)力和無近表面位錯。如果近表面的殘余損傷沒有被充分的去除，襯底上的外延生長將導(dǎo)致宏觀缺陷的產(chǎn)生。所以襯底環(huán)節(jié)的質(zhì)量水平會嚴(yán)重影響后續(xù)的外延生長環(huán)節(jié)的質(zhì)量水平。
據(jù)了解，目前碳化硅材料推廣面臨的重要挑戰(zhàn)之一是價格過高，襯底價格遠(yuǎn)高于硅和藍(lán)寶石襯底。目前碳化硅襯底的主流直徑只有4~6英寸，需要更成熟的生長技術(shù)來擴大尺寸，以降低價格。另一方面，碳化硅位錯密度量級處于102-104，遠(yuǎn)高于硅、砷化鎵等材料。此外，碳化硅還存在較大的應(yīng)力，會導(dǎo)致面型參數(shù)出現(xiàn)問題。改善碳化硅襯底質(zhì)量，是提高外延材料質(zhì)量、器件制備的良率、器件可靠性和壽命的重要途徑。
資料來源：證券時報、基本半導(dǎo)體。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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