中國粉體網訊 2020年，當大部分快充電源廠商還在探索65W氮化鎵快充市場時，業界首款120W氮化鎵+碳化硅快充充電器面世。正是這款產品，第一次將“碳化硅快充”從設想變為現實，開啟了碳化硅在快充領域商用的大門。近日，有媒體報道：針對PD快充“小輕薄”的特點，碳化硅功率器件領先企業基本半導體在國內率先推出SMBF封裝碳化硅肖特基二極管新品，該產品具有體積小、正向導通壓低和抗浪涌能力強等特點，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：基本半導體）
以碳化硅為代表的第三代半導體材料具備耐高溫、耐高壓、高頻率、大功率、抗輻射等優異特性，備受行業關注，市場前景十分廣闊。據國家新材料產業發展專家咨詢委員會委員介紹，國家2030計劃和“十四五”國家研發計劃均已明確第三代半導體為重要發展方向。而國家“新基建”戰略覆蓋的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、大數據中心、工業互聯網都是碳化硅的重要應用領域。
雖然碳化硅產業發展前景可觀，但當前碳化硅產業仍處于發展初期，碳化硅技術還不夠成熟，發展之路面臨不少阻礙，比如碳化硅材料市場供不應求，晶圓的良率和成本、電氣性能和產品性能等存在一些問題。同時，全球新冠疫情和國際貿易沖突也給第三代半導體產業供應鏈帶來了巨大沖擊。
從國內市場來看，進口品牌憑借先發優勢，壟斷了國內碳化硅功率器件大部分市場。近些年國產品牌逐步崛起，基本半導體憑借技術優勢及產業布局，依靠持續的研發投入和產品迭代，不斷提升產品性能，其碳化硅功率器件技術在國內處于領先地位。
據基本半導體的介紹，碳化硅產業鏈包含碳化硅粉體、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節。其中襯底、外延片、晶圓、器件封測是碳化硅價值鏈中最為關鍵的四個環節。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。
在產業界，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，只有氣態和固態，升華后在頂部會結晶出晶錠。一般地，五六厘米的碳化硅晶錠形成，需連續穩定生長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。
基本半導體從產業鏈各環節探究材料特性及缺陷產生的原因，與上下游企業協同合作提升碳化硅功率器件的可靠性。據其介紹，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，這是產業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物。襯底片在拋光工藝后獲得良好的表面質量，可抑制外延生長中缺陷的產生，從而獲得高質量的外延片。其表面質量包括平整度、近表面位錯以及殘余應力。為了在外延生長的初始階段抑制缺陷的產生，襯底表面必須是無應力和無近表面位錯。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致宏觀缺陷的產生。所以襯底環節的質量水平會嚴重影響后續的外延生長環節的質量水平。
據了解，目前碳化硅材料推廣面臨的重要挑戰之一是價格過高，襯底價格遠高于硅和藍寶石襯底。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，遠高于硅、砷化鎵等材料。此外，碳化硅還存在較大的應力，會導致面型參數出現問題。改善碳化硅襯底質量，是提高外延材料質量、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、基本半導體。
（中國粉體網編輯整理/平安）
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