简述碳化硅外延技术突破或改变产业格局
碳化硅外延领域捷报连连！我国碳化硅产业或迎来史诗级利好
进入2021年以来，在碳化硅外延领域，国内外企业纷纷捷报连连。 2021年3月1日，日本丰田通商株式会社正式宣布成功开发出一种表面纳米控制技术——dynamic age-ing。该技术可以让任何尺寸、任意供应商的sic衬底的bpd（基平面位错）降低到1以下。
图1 丰田dynamic age-ing技术
无独有偶，2021年3月3日，瀚天天成电子科技(厦门)有限公司发布消息称，突破了碳化硅超结深槽外延关键制造工艺。
图2 碳化硅超结深槽外延关键制造工艺
碳化硅外延是碳化硅产业链中的重要一环。如今碳化硅外延技术的发展步入快车道，会对整个碳化硅外延生态圈产生什么影响呢？请容我一一道来。
或将改变国际碳化硅外延产业格局
碳化硅产业链主要分为晶片制备、外延生长、器件制造、模块封测和系统应用等几个重要的环节。其中外延生长是承上启下的重要环节，具有非常关键的作用。
图3 碳化硅产业链
因为现有器件基本都是在外延层上实现的，所以对外延层质量的要求就非常之高。而且随着耐压性能的不断提高，所要求的外延层的厚度就越厚。一般电压在600v左右时，所需要的外延层厚度约在6微米左右；电压在1200-1700v之间时，所需要的外延层厚度就达到10-15微米。如果电压达到一万伏以上时，可能就需要100微米以上的外延层厚度。而随着外延层厚度的不断增加，对厚度和电阻率均匀性以及缺陷密度的控制就变得愈发困难。
目前，碳化硅外延的主流技术包括斜切台阶流技术和tcs技术等等。
所谓斜切台阶流技术即切割碳化硅衬底时切出一个8°左右的偏角。这样切出的衬底表面出产生很高的台阶流密度，从而容易实现晶圆级碳化硅外延。目前，斜切台阶流技术已经比较成熟。但是该技术也有两个缺陷：一是该技术无法阻断基平面位错；二是该技术会对衬底材料造成浪费。
为了突破台阶流技术的限制，人们又尝试在反应腔中加入含氯元素的硅源，最终通过不断地完善开发出tcs等技术。目前，碳化硅外延技术已与碳化硅外延设备高度融合。2014年，tcs等技术由意大利lpe公司最早实现商业化，在2017年aixtron公司对设备进行了升级改造，将这个技术移植到了商业的设备中。
目前，碳化硅外延设备主要由意大利的lpe公司、德国aixtron公司以及日本nuflare公司所垄断。
预计到2023年碳化硅外延设备的年复合增长率有望超过50%。
碳化硅外延设备市场前景
随着新兴碳化硅外延技术的崛起，这个几十亿规模的产业或将迎来新一轮的洗牌。
或将催熟我国碳化硅衬底材料产业
碳化硅是第三代半导体材料的典型代表，按照用途不同，可以分成珠宝级碳化硅材料、电力电子器件用n型碳化硅材料和功率射频器件用半绝缘碳化硅材料。虽然，近年来珠宝级碳化硅材料和半绝缘碳化硅材料的市场增长迅猛，但是n型碳化硅材料才是未来市场绝对的主角。
相对于珠宝级碳化硅和半绝缘碳化硅材料，n型碳化硅材料对晶体质量的要求更高。在该领域，我国碳化硅衬底企业与cree公司国际一流企业还存在一定的差距。
如果诸如丰田研发的dynamic age-ing等技术可以大规模在我国应用，那么n型碳化硅衬底材料的入场门槛无疑将会大幅度降低。据中国电子材料行业协会半导体材料分会统计，我们已经上马了30多个碳化硅衬底材料项目，投资已超300亿元。但是因为缺陷等技术原因，n型碳化硅衬底的产能迟迟不能释放。如果碳化硅外延技术获得关键突破，对我国碳化硅衬底材料企业而言，这无异于开闸放水。
或将推动我国碳化硅器件产业
虽然我国投资的碳化硅衬底项目已经有30多个，但是市场需求量最大的6英寸n型碳化硅晶片依然严重依赖进口。碳化硅衬底和外延的成本目前占到碳化硅模块总成本的50%以上，如果该问题不得到解决，我国碳化硅产业相比于美国很难有什么太大的竞争力。
市场研究单位yole指出，碳化硅电力电子产业发展具高度潜力，包括rohm、bombardier、cree、sdk、stmicroelectronics、infineon technologies、littelfuse、ascatron等厂商都大力投入。yole预测到2023年sic功率半导体市场规模预计将达14亿美元，2016年至2023年间的复合成长率(cagr)为28%，2020~2022年cagr将进一步提升至40%。
总而言之，未来前景广阔，但是国内各位碳化硅业界同仁还应勉励向前。
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详解SiGe的蚀刻和沉积控制
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2020性价比高的蓝牙耳机，这些你都不容错过
简述碳化硅外延技术突破或改变产业格局
哪些智能家居产品有养老功能
集成电路IC封装的基本原理及工艺流程
最新3C强制性产品认证目录 (2023年修订版)
携程携手英特尔优化AI推理性能，提升性能的同时降低TCO
Velodyne Lidar探讨智慧城市、洞穴、机场和灾难响应中的自动探测
全新智能语音融合应急通信系统
PAC控创技术的特点及其优势
三星和斯坦福大学合作研制精细度10000PPI的OLED显示技术
如何使用PIC单片机来调试LCD控制器
企业为什么需要物联网技术
蛋白质研究“游戏化”,玩家也能创造全新疫苗、癌症疗法及更多应用
人工智能与机器学习、深度学习的区别
焊接材料表观消费量逐年增长，实心焊丝占据较高比重
塑料材料超声波焊接电源发生器技术
进入2021年以来，在碳化硅外延领域，国内外企业纷纷捷报连连。 2021年3月1日，日本丰田通商株式会社正式宣布成功开发出一种表面纳米控制技术——dynamic age-ing。该技术可以让任何尺寸、任意供应商的sic衬底的bpd（基平面位错）降低到1以下。
图1 丰田dynamic age-ing技术
无独有偶，2021年3月3日，瀚天天成电子科技(厦门)有限公司发布消息称，突破了碳化硅超结深槽外延关键制造工艺。
图2 碳化硅超结深槽外延关键制造工艺
碳化硅外延是碳化硅产业链中的重要一环。如今碳化硅外延技术的发展步入快车道，会对整个碳化硅外延生态圈产生什么影响呢？请容我一一道来。
或将改变国际碳化硅外延产业格局
碳化硅产业链主要分为晶片制备、外延生长、器件制造、模块封测和系统应用等几个重要的环节。其中外延生长是承上启下的重要环节，具有非常关键的作用。
图3 碳化硅产业链
因为现有器件基本都是在外延层上实现的，所以对外延层质量的要求就非常之高。而且随着耐压性能的不断提高，所要求的外延层的厚度就越厚。一般电压在600v左右时，所需要的外延层厚度约在6微米左右；电压在1200-1700v之间时，所需要的外延层厚度就达到10-15微米。如果电压达到一万伏以上时，可能就需要100微米以上的外延层厚度。而随着外延层厚度的不断增加，对厚度和电阻率均匀性以及缺陷密度的控制就变得愈发困难。
目前，碳化硅外延的主流技术包括斜切台阶流技术和tcs技术等等。
所谓斜切台阶流技术即切割碳化硅衬底时切出一个8°左右的偏角。这样切出的衬底表面出产生很高的台阶流密度，从而容易实现晶圆级碳化硅外延。目前，斜切台阶流技术已经比较成熟。但是该技术也有两个缺陷：一是该技术无法阻断基平面位错；二是该技术会对衬底材料造成浪费。
为了突破台阶流技术的限制，人们又尝试在反应腔中加入含氯元素的硅源，最终通过不断地完善开发出tcs等技术。目前，碳化硅外延技术已与碳化硅外延设备高度融合。2014年，tcs等技术由意大利lpe公司最早实现商业化，在2017年aixtron公司对设备进行了升级改造，将这个技术移植到了商业的设备中。
目前，碳化硅外延设备主要由意大利的lpe公司、德国aixtron公司以及日本nuflare公司所垄断。
预计到2023年碳化硅外延设备的年复合增长率有望超过50%。
碳化硅外延设备市场前景
随着新兴碳化硅外延技术的崛起，这个几十亿规模的产业或将迎来新一轮的洗牌。
或将催熟我国碳化硅衬底材料产业
碳化硅是第三代半导体材料的典型代表，按照用途不同，可以分成珠宝级碳化硅材料、电力电子器件用n型碳化硅材料和功率射频器件用半绝缘碳化硅材料。虽然，近年来珠宝级碳化硅材料和半绝缘碳化硅材料的市场增长迅猛，但是n型碳化硅材料才是未来市场绝对的主角。
相对于珠宝级碳化硅和半绝缘碳化硅材料，n型碳化硅材料对晶体质量的要求更高。在该领域，我国碳化硅衬底企业与cree公司国际一流企业还存在一定的差距。
如果诸如丰田研发的dynamic age-ing等技术可以大规模在我国应用，那么n型碳化硅衬底材料的入场门槛无疑将会大幅度降低。据中国电子材料行业协会半导体材料分会统计，我们已经上马了30多个碳化硅衬底材料项目，投资已超300亿元。但是因为缺陷等技术原因，n型碳化硅衬底的产能迟迟不能释放。如果碳化硅外延技术获得关键突破，对我国碳化硅衬底材料企业而言，这无异于开闸放水。
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虽然我国投资的碳化硅衬底项目已经有30多个，但是市场需求量最大的6英寸n型碳化硅晶片依然严重依赖进口。碳化硅衬底和外延的成本目前占到碳化硅模块总成本的50%以上，如果该问题不得到解决，我国碳化硅产业相比于美国很难有什么太大的竞争力。
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总而言之，未来前景广阔，但是国内各位碳化硅业界同仁还应勉励向前。
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