“碳化硅行业得衬底者得天下”，衬底作为SiC产业链中成本占比最大的部分，自然是各家必争之地。在下游需求带动下，SiC衬底正在从6英寸开始向8英寸推进，更大的衬底尺寸，意味着单片SiC晶圆能够制造出的芯片数量更多，晶圆边缘浪费减少，单芯片成本降低。

由于国内相关产业起步较晚，从以往SiC衬底量产节点来看，国际上4英寸SiC衬底量产时间比国内早10年左右，而6英寸拉近了差距，量产时间差大约在7年左右。不过随着产学研结合的模式铺开，以及相关产业的投资热潮，带动国内SiC衬底加速追赶国际领先水平。

最近天科合达在徐州发布了8英寸导电型SiC衬底，并公布了关键实测数据，表示多项指标均处于行业内领先水平。至于量产时间，公司透露8英寸的小规模量产时间定在2023年。

天科合达的半导体实力

衬底实现大尺寸、低缺陷突破

9月14 日，国家电网主导的35kV全SiC柔性变电站在雄安智慧驿站顺利投运。

10月11日，国网智研院功率半导体研究所官微宣布公布了更多的细节。

首先他们联合中科院半导体所、天科合达、中电五十五所、株洲中车等18家单位，经历了6年的自主攻关，已经成功实现了6.5kV级碳化硅材料-芯片-器件-测试-驱动-装置应用全链条技术突破。

与此同时，他们还研制了同电压等级国际上电流最大的6.5kV/400A碳化硅MOSFET模块，可应用于35kV/5MW全碳化硅电力电子变压器。

具体来说，他们实现了哪些突破呢？

众所周知，各种SiC功率器件在低压（600～1700V）领域实现了应用，但更高耐压（6500V及以上）的器件，受限于衬底材料缺陷密度和直径，厚外延材料缺陷大，高压芯片结构设计窗口窄，工艺加工难度高等因素，目前仍处于研发阶段。

而国网他们这次开发了6.5 kV/25A SiC MOSFET和6.5kV/400A碳化硅MOSFET模块，并实现了柔直电站的稳定运行，可以说得益于多个SiC环节产品质量和制造工艺的进步。

首先，在SiC衬底方面，业者多项研究表明，100A的SiC MOSFET芯片面积大约为10 平方毫米，而6.5kV/30A/20A大约为7-8平方毫米。而0.5-1cm2有源面积大尺寸SiC器件是很难以高良率制造的，其中缺陷密度很关键。

同样是1.68cm-2的缺陷密度，4平方毫米的芯片良率可以达到87%，而且10平方毫米的芯片良率会掉到49%左右。

据国网半导体所介绍，碳化硅材料方面，天科合达他们攻克了高压碳化硅器件对6英寸单晶衬底扩径生长、缺陷密度控制和大尺寸外延缺陷控制、快速外延生长等技术难题，研制了高质量国产单晶衬底，实现了低缺陷密度厚外延材料制备。

外延、器件、测试等环节也实现突破

实现了高压SiC MOS的可靠性

其次，外延质量也很重要。

3.3kV SiC器件的外延层大约为30μm，而6.5-10kV则要达到50-90μm，而高压器件的一个关键挑战是，较厚的外延层会导致出现更多的缺陷，而且从4吋到6吋掺杂控制和均匀性也变得更加困难。

所以，该项目团队通过改进外延SiC生长工艺，将影响芯片生产良率的表面缺陷密度进行了有效控制，尤其是提高了“杀手级”缺陷BPD转换率，提升了SiC器件的可靠性。

碳化硅芯片方面，该项目团队解决了设计和工艺兼容性差、导通电阻大、碎片率高等难题，在国内首次掌握了6英寸碳化硅芯片全流程工艺，国内首次批量研制高耐压、高通流能力的6.5 kV/25 A SiC MOSFET芯片，通过高温栅偏、高温反偏等系列可靠性测试。

碳化硅测试方面，项目团队建成了国内首套6.5kV/400A SiC MOSFET模块动态测试平台，系统寄生参数低，克服了现有商业测试平台的不足。

携手奋斗17年，打造国产半导体产业的明天

一片直径15厘米、厚度只有0.35毫米的碳化硅晶片，上面能刻画出庞大的信息。然而碳化硅晶片的制作工艺极其复杂，需要把碳化硅原料加热到2300℃并变成气态后，再通过控制包括温度、压力在内的各种技术参数，最后结晶形成硅锭。这项技术难度高、且占器件成本一半的衬底材料，被视作碳化硅产业链关键环节，业内也有着“得衬底者得天下”的说法。打个比方， 5G速度快就在于它有一颗非常强大的心脏，而这个心脏依赖的就是这一片薄如纸的碳化硅晶片。

过去这种晶片主要产能集中在欧美，由于其他国家拒绝分享核心技术，我国碳化硅晶片的研究进展一直十分缓慢。而就在最近十年，在杨建和搭档陈小龙的努力下，情况已经发生了巨大转变。2014年，天科合达终于成功将6英寸的晶片研发成功，并于2016年量产推向市场。

从开始接触碳化硅晶片技术到量产推向市场，杨建和搭档陈小龙整整奋斗了十七年。

作为高新技术企业的带头人，杨建对技术人才有着迫切的需求。与其挖掘人才，不如自己培养人才。在杨建看来，北京有着浓厚学术环境和得天独厚的科研优势，用培养的方式获取人才，才能给自己制造更多的机会。北京市组织部、大兴区组织部对此也是大力支持，为公司5名成熟人才、15名应届硕士解决了北京户口，15人解决公租房。此外，公司5人还获得“大兴区新国门领军人才”称号、6人获得“大兴区优秀青年”称号。这是人才对北京的情愫，更是北京对人才的温度。

与此同时，北京市大兴区政府在国家（市级）项目匹配资金、重大科技成果转化、促进高精尖产业发展、人才培养等方面，全方位、多维度给予了企业资金和政策支持。在2020年，天科合达向北京市大兴区申请土地为工厂扩建做准备。虽然工程进展受到疫情影响，但在政府各方努力协调下，新工厂的建设已经进入尾声，预计今年七月底就能进驻投产。

目前，天科合达在导电型碳化硅晶片方面占据了将近90％以上的国内市场。这也意味着，天科合达完全有能力替代国外产品，去适应中国自己的碳化硅晶片需求。

行业围攻SiC衬底市场

在对SiC衬底的争夺方面，可以从两个纬度看。一方面，是那些器件厂商打造自己的衬底供应，消防队罗姆和ST打造自己的全供应链。

另一方面，第三方SiC供应的争夺也逐渐白热化。首先大家熟悉的，多年的竞争对手的出招。II-VI在去年三月宣布，计划扩大其在中国的碳化硅（SiC）晶圆加工生产基地。报道指出，该计划将在5年内将其SiC基板的生产能力提高5到10倍，包括直径200毫米的衬底；昭和电工在去年八月也宣布，将藉由公募增资、第三者配额增资筹措约1,100亿日元资金，其中约700亿日圆将用于扩增SiC晶圆等半导体材料产能。

除了上述企业外，日经经济新闻在日前报道中指出，日本企业住友金属矿山（简称住友矿山）开始量产新一代功率半导体使用的晶圆。

报道表示，住友金属矿山于2017年收购了电子部件经销商加贺电子旗下的碳化硅基板开发企业日本SICOXS，一直在推进共同研究。在晶圆制造方面，将主要由东京的青梅工厂负责前制程、由鹿儿岛县的鹿儿岛工厂负责后制程，然后供货。

日经指出，因为住友矿山开发出了相关技术，在因结晶不规则而价格较低的底层「多晶碳化硅」上贴一层可以降低发电损耗的「单晶碳化硅」，从而做成1片晶圆。据悉与只用单晶碳化硅的传统产品相比，价格低1~2成。按照日经的说法，住友矿山要抢占美国科锐（CREE）等领先企业的市场，而预计2025年实现月産1万片。此外，住友矿山还考虑开发可以高效量产功率半导体的直径8英吋产品，并在海外建设生产基地等。

无独有偶，全球硅晶圆大厂环球晶对这个市场也虎视眈眈。

据报道，环球晶董事长徐秀兰上月底在出席国际光电大展时透露，明年将同步扩产GaN(氮化镓) 与SiC(碳化硅) ，产能均将翻倍成长。报道指出，环球晶目前6 吋SiC 衬底月产能约2000 片，部分客户已开始出货，据悉，由于客户需求强劲，明年6 吋SiC 衬底产能将不只翻倍增，而是呈现倍数成长，可望扩增至5000 片，也有机会进一步提升至8000 片。

去年九月，韩国SK 集团也宣布，计划在碳化硅衬底业务上投资 7000 亿韩元（约合 38亿元人民币），以期 2025 年成为世界尖端材料市场的龙头。根据报道，SK 集团计划将 SiC 晶圆的生产能力从2021年的年产3万片增加到 2025 年的每月 5万片，大幅提高他们的市占率。该他们预测，2021 年 ，公司SiC 晶圆业务的销售额将达到 300 亿韩元，并计划到 2025 年将销售额提高到 5000 亿韩元

SOI晶圆供应商Soitec在去年11月30日也宣布，收购碳化硅晶圆抛光和回收公司NOVASiC，以推动电动汽车和工业应用电源系统半导体的开发。Soitec表示，他们将通过独特的碳化硅技术SmartCut，用多晶碳化硅衬底，来提高单晶供体碳化硅衬底的重复使用率、良率、性能。

当然，正在大力发展半导体产业的中国，也自然不会错过这个机会。如最近上市的天岳就是国内SiC衬底的供应商。另外还有天科合达和三安光电等本土企业正在深耕这个领域。

不过，正如天岳在招股说明书中所说：“根据公开信息，行业龙头科锐公司能够批量供应 4 英寸至 6 英寸导电型和半绝缘型碳化硅衬底，且已成功研发并开始建设 8 英寸产品生产线。目前，公司主要产品是 4 英寸半绝缘型碳化硅衬底，6 英寸半绝缘型和 6 英寸导电型衬底已形成小批量销售，与全球行业龙头尚存在一定的差距。”

这可以看作国内碳化硅衬底的一个缩影，但可以肯定的是。作为全球最有影响力的市场之一，中国厂商在这个赛道的未来表现绝对不容忽视。

文章来源： 宽禁带联盟，核芯产业观察，行家说三代半，21CN娱乐