摩尔定律已逼近物理极限 。“卷不过”就换赛道,宽禁带半导体成为后摩尔时代半导体发展的“蹊径”之一,而在这一领域,国内企业有望实现弯道超车 。
宽禁带半导体是指禁带宽度在2.3eV及以上的半导体材料,以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表,也称“第三代半导体” 。采用SiC、GaN材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行,适用于高电压、高频率场景,还能以较少的电能消耗,获得更高的运行能力 。
硅基氮化镓(GaN on Si)功率器件企业英诺赛科董事长骆薇薇近日在2022年ISES China峰会上表示,宽禁带半导体不属于先进工艺,对设备的依赖会小一点,其涉及的很多设备目前基本上可以在国内获得,核心设备后期也可以实现自主可控 。“这是一个新赛道,我们有机会获得突破 。”
宽禁带半导体:换道超车重要领域
硅(Si)材料的潜力已逐渐开发殆尽 。相比于硅,SiC具有其10倍的击穿电场强度、3倍的禁带宽度、2倍的极限工作温度和超过2倍的饱和电子漂移速率 。SiC还具有3倍的热导率,这意味着3倍于Si的冷却能力 。而GaN则具备比SiC更宽的禁带宽度、击穿电场强度及饱和电子漂移速率 。
![SIC哪家上市公司实现量产 SIC龙头上市公司有哪些](http://img.zhejianglong.com/230413/0P6443942-0.jpg)
文章插图
![SIC哪家上市公司实现量产 SIC龙头上市公司有哪些](http://img.zhejianglong.com/230413/0P6443942-0.jpg)
文章插图
目前Si仍是半导体材料主流,占比95% 。Yole预测,第三代半导体渗透率将逐年上升,SiC渗透率在2023年有望达到3.75%,GaN渗透率在2023年达到1.0% 。
![SIC哪家上市公司实现量产 SIC龙头上市公司有哪些](http://img.zhejianglong.com/230413/0P6442c3-2.jpg)
文章插图
![SIC哪家上市公司实现量产 SIC龙头上市公司有哪些](http://img.zhejianglong.com/230413/0P6442c3-2.jpg)
文章插图
根据CASA数据,2020年我国第三代半导体整体产值超7100亿元 。其中,SiC、GaN电力电子产值规模达44.7亿元,同比增长54%;GaN微波射频产值达到60.8亿元,同比增长80.3% 。
据悉,总体来看,宽禁带半导体国内和海外的技术代差并不大 。“SiC材料方面,国际上6英寸是主流,8英寸开始中试,国内6英寸刚刚规模量产,8英寸处于样品研发阶段;SiC器件方面,国内中低功率的SiC MOSFET处于小批量供货阶段,在高耐压、高厚膜外延、极端动态可靠性等方面性能低于国际水平,同时大规模制造能力与意法半导体、CREE等比较还是有一定差距 。”某涉及第三代半导体业务的上市公司内部高管告诉第一财经,GaN方面,国内企业与国际龙头在材料和器件部分关键指标方面基本同步,但器件在动态特性、长期可靠性、缺陷控制等方面与国际水平有一定差距 。
赛迪顾问新材料产业研究中心首席分析师李龙近日在2022世界半导体大会上表示,第三代半导体行业总体来看还处于发展早期阶段,任何一个玩家若能实现技术突破,则可以改变目前的市场格局,第三代半导体也因此成为了相关企业换道超车的重要领域 。
SiC器件最大应用市场在新能源汽车
SiC产业链大致可以分为衬底、外延、器件三大环节,器件包括设计、制造和封测 。
SiC器件不可直接制作于衬底上,需先用化学气相沉积法在衬底表面生成所需薄膜材料,形成外延片,再进一步制成器件 。从技术难度来看,衬底环节技术难度最大,其次是器件环节 。衬底同时也是成本占比最高的环节,占据47% 。
衬底技术难度大首先缘于良率低 。碳化硅的晶型多达200多种,要生成所需的单一晶型(主流为4H晶型),需要控制十分精确 。另一方面,SiC衬底莫氏硬度达9.2,属于高硬度脆性材料,加工过程中易开裂,加工完成后的衬底易存在翘曲等质量问题 。
天岳先进(688234.SH)招股书显示,2018-2020年和2021年上半年,公司的晶棒良率分别为41%、38.57%、50.73%和49.90%,衬底良率分别为72.61%、75.15%、70.44%和75.47%,综合良率最新约为37.7% 。
制备条件苛刻也提高了衬底制备的门槛 。生产SiC晶棒需要2500℃高温,而硅晶只需1500℃,因此SiC晶棒需要特殊的单晶炉,还需要精确控制温度;SiC晶棒的生产周期为7至10天,长度约2cm,而硅晶棒只需要3~4天即可长成,长度可达2m 。
“晶体生长是SiC技术难度最大的环节 。”上述上市公司高管告诉第一财经,增加晶圆尺寸,提高长晶与加工环节的良率是降低成本的有效方法;长晶炉热场设计、晶体生长与加工工艺优化等则能有效提高良率 。
“从整个产业链来看,目前国内在SiC衬底这一块比较成熟,虽然在良率、尺寸等方面跟国外还有一些差距,但可以保证整个供应链的完整性 。”中电科55所化合物产品部副主任刘柱表示,从外延到工艺制造,再到最终的封测,我国具备完整的能力,目前国产产品可以覆盖到3毫米波段以下 。
推荐阅读
- 江苏哪家银行定期好点 无锡锡商银行靠谱吗
- “硅谷银行不能倒!”红杉等325家机构大声疾呼!美财长:政府不会救!潘石屹也“中招”了?最新回应;国内多家上市公司发声…
- 磷矿概念龙头股票推荐 磷矿石上市公司龙头股代码
- 金属镁上市公司储量排名 金属镁企业产量排名前十
- 乳胶床垫哪家性价比高又实惠 中国十大乳胶床垫排名
- 床垫怎么选择才好 哪家床垫品牌比较好
- 锂电池可以寄哪个快递,锂电池托运哪家快递收?
- 童装加盟店哪家好 如何选择童装加盟品牌
- 福州私立小学哪家好一点 福州私立小学排行榜前十名
- 3款好用的办公软件推荐 oa办公自动化软件哪家好