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SiC 具有优秀的材料特性。碳化硅(SiC)是由碳元素和硅元素组成的一种化 合物半导体材料,并和氮化镓(GaN)都具有宽禁带的特性,被称为第三代半导 体材料。由于 SiC 具有宽禁带宽度,从而导致其有高击穿电场强度等材料特性。受益于 SiC 的材料特性,SiC 功率器件具有耐高压、体积小、功耗低、耐高温等 优势。
SiC 器件适用于高压、高频应用场景。功率器件可以按照设计结构分为二极 管、MOSFET、IGBT 等,也可以按照产品并联形态分为单管或者模组,还可以 按照衬底材料分为硅基、SiC、GaN功率器件。对比来看,SiC 器件和 IGBT 都可 以在 650V 以上的高压下工作,但 SiC 器件能承受的频率更高。根据感抗和容抗 公式,相同感抗、容抗下,电路频率提升,电容和电感值可以下降,即可以使用 更小体积的电容和电感。SiC 器件需要的被动元器件数量和体积就更小,从而减 小了整个系统的体积。
SiC 产业链主要包括衬底、外延、器件制造、封测等环节。SiC 衬底的制造 过程是首先将碳粉和硅粉在高温下反应得到高纯度 SiC 微粉,然后将其放在单晶 生长炉中高温升华形成 SiC 晶体,最后 SiC 晶体通过晶锭加工、切割、研磨、抛 光和清洗得到 SiC 衬底。根据衬底电阻率的不同,SiC 衬底可以分类为导电型、 半绝缘型衬底。由于衬底具有一定缺陷,不适合在其上直接制造半导体器件,所 以衬底上一般会沉积一层高质量的外延材料。导电型 SiC 衬底上一般再外延一层 SiC,然后用于制作功率器件,而半绝缘型 SiC 衬底上可以外延 GaN材料,用于 制作射频器件。
SiC 衬底是晶圆成本中占比最大的一项。由于SiC衬底加工环节复杂、耗时, 所以其在整个 SiC 晶圆中所占成本比例最高。SiC晶圆的其他加工成本包括外压 以及正面和背面的掺杂、金属化、CMP、清洗等。考虑到SiC材料属于高硬度的 脆性材料,所以在加工、减薄过程中容易比硅晶圆出现更多的翘曲、裂片现象,从而使得目前良率损失占成本比例仍较大。
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