集微諮詢（JW insights）認為：

中國碳化矽產業化帶有「學研」基因極為突出，「產學研用」已成中國碳化矽基板領域的重要特色；

中國SiC商業化基板（中國大陸稱襯底）以4吋為主，逐步向6吋過渡，與國際主流相比，中國大尺寸SiC單晶基板製備技術仍不成熟，單晶基板尺寸仍然偏小；

國內SiC單晶材料領域在以下方面存在一定風險：一是SiC單晶企業無法為中國已經／即將投產的6吋晶片生產線提供高品質的6吋單晶基板材料。

圖片來源：T.J. Ushing/UC Davis，Flickr 

以碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導體 (亦即化合物半導體，compound semiconductor) 材料是繼矽材料之後最有前景的半導體材料之一，與矽材料相比，以碳化矽晶片為基板製造的半導體器件具備高功率、耐高壓、耐高溫、高頻、低能耗、抗輻射能力強等優點，可廣泛應用於新能源汽車、5G 通訊、光伏發電、軌道交通、智慧電網、航空航太等現代工業領域。

全球SiC發展歷程

其實，Si和SiC作為半導體材料幾乎同時被提出，但由於SiC生長技術的複雜和缺陷、多型現象的存在，其發展曾一度被耽擱。 

SiC的發展歷經了多個重要階段：

碳化矽晶體的合成技術至今已經有近200年的歷史。氣相法成為製備碳化矽單晶的重要技術，主要經歷了Acheson法、Lely法和PVT法等的發展階段。1955年，Lely首先在試驗室用昇華法製備出了具有足夠尺寸的SiC單晶；1978年，前蘇聯科學家Tairov和Tsvetko在Lely法的基礎上進行了改進，提出採用籽晶來控制晶體生長的構型，稱為PVT法（物理氣相傳輸法）或改良Lely 法（亦即物理氣相沉積法）。目前，PVT法是生長大直徑、高品質碳化矽單晶最常用的方法。

自1994年後，隨著半導體照明及2吋SiC單晶基板的突破性進展，全球SiC研究熱潮掀起。世界各國對SiC的研究非常重視，美國、歐洲、日本等從國家層面上制定了相應的研究規劃。

對於第三代半導體而言，SiC作為核心基板材料，其供應穩定性十分重要，無論是SiC功率器件還是高性能的SiC基GaN器件，都離不開SiC基板。

目前，在碳化矽晶片領域，國際上出現了美國Wolfspeed公司 （此前用名：Cree，以下用Wolfspeed）、美國II-VI公司和德國SiCrystal（2009年被羅姆收購）公司等代表性龍頭企業。

上世紀90年代初，美國Wolfspeed公司已成功推出碳化矽晶片產品，Wolfspeed於上世紀90年代末成功研製出4吋碳化矽晶片，並於2001年成功研製首個商用碳化矽SBD產品。2015年，Wolfspeed、II-Ⅵ公司推出了8吋SiC單晶基板材料樣品。

中國SiC基板技術「基因」

中國在SiC單晶的製造方面起步較晚。現階段，中國SiC基板技術和產業均有了長足進步，但從國際市場看，佔有率仍較低。

中國的高校和科研單位對SiC單晶的研究始發於2000年前後，包括上海矽酸鹽所、中科院物理所、山東大學、中電集團46所、西安理工大學、西安電子科技大學等。

集微諮詢（JW insights）調研發現，中國碳化矽產業化帶有「學研」基因極為突出，「產學研用」已成中國碳化矽基板領域的重要特色。

集微諮詢（JW insights）瞭解到，目前國際上SiC基板的製造早已從4吋換代到6吋，部分企業8吋產線即將開始量產。而中國SiC基板產業化方面，以4吋為主，已經開發出6吋導電型SiC基板和高純半絕緣SiC基板。與矽晶圓類似，大尺寸的晶圓也是碳化矽基板的發展方向。

此外，中國SiC 基板生產工藝水準有待進一步提升，產品在直徑、缺陷密度、穩定性等參數上與國際主流商用企業Wolfspeed等的同類產品還有一定差距。

集微諮詢（JW insights）認為：對於中國的產業發展而言，除了追求更大尺寸的基板之外，基板產品其他性能參數的提升也需要更多的基礎研究的支持。例如，為了發揮材料性能優勢，SiC 功率器件必然將逐步走向更高電壓和更高功率的應用，這就對SiC 功率器件在高壓水準下的可靠性提出了更高的要求，意味著需要不斷降低基板及外延中的缺陷密度來提升可靠性，尤其是位元錯密度水準。這些缺陷密度的解決都需要系統且長期地深入學術、工藝等方面進行研究，單獨依靠企業很難完成。在此背景下，產學研合作成為技術落地的重要路線。

國立研究機構的特點是基礎研究力量雄厚，承擔高風險研發的能力強，可以從更深層次去研究這些缺陷形成的機理和解決途徑，並能及時將研究成果應用於產業。因此，在中國SiC全鏈條科技創新中，國立研究機構仍需繼續發揮重要的作用。

目前，中國本土能批量生產SiC基板的企業包括天科合達、山東天嶽、爍科晶體、同光晶體、中科鋼研、南砂晶圓、福建北電新材料、世紀金光、中電化合物、江蘇超芯星等公司。

集微諮詢（JW insights）認為，資金曾經是中國第三代半導體產業化過程遇到的最大問題之一。而近幾年，中國第三代半導體產業投資熱度居高不下，大量資金推動項目新建、擴產，行業外企業也積極通過並購進入第三代半導體領域，這將有利加速產業的發展及追趕。

但在中國第三代半產業追趕過程中，仍然存在一定風險。集微諮詢（JW insights）統計顯示，近5年佈局的碳化矽基板、外延、器件專案中，6吋占比為超70%。但目前中國大部分SiC基板企業仍然無法滿足中國本土已經／即將投產的6吋晶片工藝線對基板產品的需求，尤其是高品質6吋單晶基板材料仍然需要依賴國外企業。

半導體產業是當前美國對華技術封鎖的重點領域，已經成為中國「不足」中的重災區。而2018年，美國明確把碳化矽、氮化鎵等材料列入301管制技術清單，美國商務部將第三代半導體材料和晶片企業列入制裁名單。2020年2月，美國及日本等 42 個加入《瓦森納協定》的國家，決定擴大出口管制範圍，新追加了可轉為軍用的半導體基板製造技術等，防止技術外流到中國等地。

集微諮詢（JW insights）認為，「十四五」是中國第三代半導體產業發展的關鍵視窗期，建立長期戰略優勢至關重要。目前全球第三代半導體正處於產業爆發前的「搶跑」階段。中國在市場和應用領域有戰略優勢，正在形成完善的產業鏈條，在資本、政策的紅利加持下，第三代半導體產業將從中受益。

※ 本文由愛集微授權北美智權報刊登

【本文僅反映專家作者意見，不代表本報立場。】

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