行业动态

SiC晶圆深度解析（2025年更新版）

一、‌定义与核心特性‌

‌SiC晶圆‌（碳化硅晶圆）是第三代宽禁带半导体材料的核心载体，以‌4H-SiC六方晶型‌为主流，具备以下关键特性：

• ‌高带隙能‌：带隙宽度 ‌3.3 eV‌（硅的3倍），支持 ‌>1200V击穿电压‌与 ‌>200℃高温环境‌稳定运行‌1。

• ‌高热导率‌： ‌4.9 W/cm·K‌（硅的3倍以上），有效降低器件热失效风险‌1。

• ‌超高硬度‌：莫氏硬度 ‌9.5‌（仅次于金刚石），加工难度大但耐磨性优异‌16。

• ‌多晶型差异‌：除4H-SiC外，3C-SiC（立方晶系）适用于高频射频器件，6H-SiC则多用于LED衬底‌1。

二、‌制备工艺与技术突破‌

1. ‌晶体生长‌

• 天科合达、山西烁科实现8英寸导电型4H-SiC衬底量产，厚度不均匀性 ‌<2.3%‌，表面缺陷密度 ‌<0.5 cm⁻²‌‌4。

• 三安光电配套建设的8英寸衬底产线（重庆三安）已于2024年9月通线，年产能 ‌48万片‌‌23。

• ‌物理气相传输法（PVT）‌：主流量产技术，通过 ‌>2000℃高温‌升华-再结晶生成4H-SiC单晶，8英寸晶圆生长周期需 ‌7-10天‌，热场均匀性直接影响微管密度（目标 ‌<1 cm⁻²‌）‌45。

• ‌国产化进展‌：

2. ‌切割与加工‌

• ‌激光辅助切割‌：采用飞秒/皮秒激光技术，将8英寸晶圆切片良率从传统刀片切割的 ‌60%‌提升至 ‌85%‌，切割速度达 ‌100-200 mm/s‌（传统工艺仅 ‌3-10 mm/s‌）‌67。

• ‌环保优化‌：激光切割减少用水量（传统湿法工艺需 ‌6-7 L/min‌），并降低边缘崩裂风险‌7。

3. ‌外延与掺杂‌

• ‌化学气相沉积（CVD）‌：厦门大学开发的外延层厚度不均匀性 ‌2.3%‌，掺杂浓度不均匀性 ‌<7.5%‌，可支持650V-1700V功率器件开发‌4。

三、‌应用领域与市场动态‌

1. ‌新能源汽车‌

• ‌电驱逆变器‌：特斯拉Model 3/Y、比亚迪汉等车型采用SiC MOSFET，系统效率提升 ‌5%-10%‌，续航增加 ‌8%‌‌3。

• ‌超充网络‌：1200V SiC模块支持 ‌400 kW充电功率‌，实现 ‌15分钟充至80%‌‌36。

2. ‌工业与能源‌

• ‌光伏逆变器‌：SiC器件转换效率 ‌>99%‌，推动光伏系统LCOE（平准化度电成本）降低 ‌3%‌‌3。

• ‌AI服务器电源‌：SiC整流模块功率密度提升 ‌30%‌，满足高算力需求‌6。

3. ‌国际竞争格局‌

• ‌国内产能‌：安意法半导体（三安与意法合资）8英寸产线2025年Q4量产，年产能 ‌48万片‌，覆盖车规级芯片需求‌23。

• ‌市场份额‌：意法、英飞凌等国际巨头占据全球 ‌70%‌市场，国内厂商市占率 ‌15%‌（2025年）‌23。

四、‌技术挑战与未来趋势‌

1. ‌大尺寸晶圆缺陷控制‌

• 8英寸晶圆需解决 ‌微管（<1 cm⁻²）‌和 ‌基平面位错（BPD）‌问题，优化热场梯度与籽晶处理工艺‌45。

2. ‌成本优化路径‌

• 衬底成本占比 ‌40%-50%‌，通过提升长晶速率（目标 ‌>200 μm/h‌）和切片良率（目标 ‌>90%‌），计划2028年成本降至 ‌硅基器件的2倍‌‌12。

3. ‌12英寸晶圆研发‌

• 天科合达、II-VI等企业启动12英寸中试线，晶锭直径 ‌200 mm‌，外延层均匀性要求 ‌<1%‌‌5。

‌总结‌：SiC晶圆凭借耐高压、耐高温特性，成为新能源与工业电子的战略材料。国产8英寸晶圆量产加速，但需突破大尺寸缺陷控制与成本瓶颈，以缩小与国际巨头的技术差距‌