17日“创道硬科技”视频号举办了第14场线上直播---“第三代半导体碳化硅器件发展现状和展望”，来自泰科天润的高远从SiC材料的物理特性、下游应用、产业发展情况等多个方面给投资人提供了一场精彩的讲座，回答了关于碳化硅的五大热点问题。

讲座视频回放：

问题一：碳化硅器件为何具有优异的特性？

SiC功率半导体器件优异特性的源头是其属于宽禁带材料，其禁带宽度为3.26eV，是Si的3倍。禁带宽度大带来两方面的好处：

一是禁带宽度大使得SiC的本征载流子浓度低，仅仅是Si的 1/1019。这样就能够使SiC器件能够在更高的温度下也能够正常工作，可达200-300℃，而Si器件的最高工作温度仅为175℃。

二是宽禁带使得SiC具有更高的电场击穿强度，为Si的10倍。击穿场强越高，在相同的耐压等级下器件就越薄。那么在相同的芯片面积下，器件的导通电阻越小，电流等级越大，故SiC器件可以同时满足高压和大电流的要求；同时，在相同的电压和电流等级下，SiC器件的芯片面积就会更小，其结电容也更小，可以使得器件获得更快的开关速度和更小的开关损耗。

当SiC器件具有上述优异特性后，就能够使功率变换器获得更高的效率，更高的功率密度，并降低系统成本。


问题二：国产碳化硅器件迎来哪些发展机遇？

首先是政策层面，在“十四五”规划中碳化硅被列入“科技前沿领域攻关”，受到了国家层面的高度重视。同时SiC器件主要应用在电动汽车、充电桩、光伏、储能、数据中心、轨道交通等新能源领域，必定在“双碳”目标的达成中扮演重要的作用。机遇次，各地政府和投资机构也纷纷向SiC产业投入资源，极大地促进了国产SiC产业的发展。

从市场行情来看，越来越多的客户开始接受国产SiC二极管，今年订单呈现井喷态势。这主要得益于国产SiC二极管品质的不断提升和缺货浪潮持续蔓延。国际功率半导体巨头纷纷将资源投向了利润更高的SiC MOSFET，给国产SiC二极管提供了获得订单、广泛应用、反馈改进的绝佳机遇。


问题三：碳化硅产业链遇到哪些技术挑战？

SiC产业链可以分为材料、器件、应用三个层面，每个层面都面临着非常多的技术挑战。

材料层面，是SiC粉末-SiC晶锭-SiC衬底-SiC外延的过程，其中从粉末到晶锭的长晶过程技术难度最大。SiC长晶速度仅为0.2-0.4mm/h，晶锭的尺寸也仅有6英寸，还需要在2000℃以上的高温环境下进行生长，可以说是既耗时又耗能。同时，现阶段长晶主要采用气相法，整个过程控制难度极大，稍有不慎就会导致晶锭缺陷过多、晶型不符合要求等问题。

器件层面，包括器件设计和晶圆制造。器件设计主要面临的问题是我们对于SiC材料的基本特性的认知还不够全面，导致很多问题无法在器件设计阶段暴露和解决。在晶圆制造中，由于SiC相对于Si来说具有很多不同的特性，这就需要新增一些独有的制造设备，例如高温离子注入机、高温氧化炉、高温退火炉，现在这些设备的交期已经达到了1年，这还没有算清关、入场、调试所需要的时间。有了这些设备之后，还需要开发相关的工艺，这又需要巨大的投入和长期的积累，其中SiC MOSFET栅氧和沟槽工艺业界一直没有完全解决。

应用层面，电源工程师需要面对SiC器件高开关速度下的高dv/dt和高di/dt，它们会导致测量测试挑战、串扰、共模电流、高关断电压尖峰、EMI等问题。

半导体行业本来的最大特点就是周期长，而SiC产业各个环节都面临这技术挑战，同时SiC器件一上来就要面对更加保守的工业电源领域，这就导致整个碳化硅产业链形成闭环是慢上加慢。


问题四：Fabless和IDM各有什么特点？

Fabless公司就是常说的设计公司，自身只进行器件设计研发，晶圆制造交由代工厂进行。其优势是投资门槛较低，能够借助代工厂的工艺能力快速向市场推出产品。

IDM公司除过器件设计外还自有晶圆厂，具有更高的投资门槛，回报周期长，一般从建厂到能够稳定大批量向市场供货需要至少需要3-5年时间。同时IDM公司需要面临SiC晶圆制造的工艺难题，技术挑战也更大。当IDM企业掌握SiC核心工艺后，就具备供货稳定、品控保证、成本和价格、产品差异化等优势。

 
问题五：国产碳化硅器件上车进展如何？

国产Si器件是按照消费级、工业级、车规级逐渐验证发展的，这一规律也适用于SiC器件。

在消费级，国产SiC二极管已经大规模应用，包括PC电源、PD快充、LED等。在工业级，国产SiC二极管在充电桩、OBC、光伏、数据中心等领域获得大规模应用，国产SiC MOSFET在电机驱动、储能等领域已经开始验证测试和小批量。

在上车方面，国产SiC二极管已经在OBC上广泛使用，泰科天润的SiC二极管以有7年OBC应用积累，累计出货7kk。国产SiC MOSFET单管在OBC和DC-DC已经开始验证测试和小批量。此外，市场规模最大的、更是投资者最看重的主逆变器，国产SiC MOSFET还处于早期阶段，短时间内难以看到搭载国产SiC MOSFET的电动汽车上路。这是由于主逆变器关系到整车和人员的安全，对SiC MOSFET的性能、可靠性要求极高，同时还要面对电动汽车开发过程中各项测试验证，不存在“侥幸通过”的可能性，国产SiC MOSFET还需要继续提升已达到要求。