近日，半导体行业盛会——SEMICON China 2024在上海新国际博览中心举行，60多家碳化硅产业链上公司参展，覆盖了MOCVD、离子注入、衬底片、外延片、器件等产业链环节，成为展会的一大亮点。

自2018年特斯拉采用碳化硅器件后，碳化硅产业步入发展的快车道，在风光储、电力等行业渗透率不断提升。国内碳化硅产业在技术和规模上也不断提升。与此同时，围绕碳化硅衬底片存在产能过剩风险等相关争议，随之日渐增多。

业界人士认为，碳化硅产业依然处于产业发展的初级阶段，未来5年内衬底片将处于供不应求的状态。尤其喜人的是，从衬底片到设备，国内碳化硅头部企业已经取得了长足进展，国内半导体设备商纷纷瞄准碳化硅这一产业的发展新机遇。

碳化硅成为SEMICON展会新亮点

作为全球最负盛名的半导体展会之一，SEMICON China历来是硅半导体的大舞台。今年展会的一大亮点是，在系列主题展区方面设置了功率及化合物半导体主题展。

在本次展会上，衬底片厂商纷纷亮相。作为国际领先的碳化硅半导体材料制造商，天岳先进携其高品质6英寸、8英寸碳化硅衬底产品亮相展会；山西烁科重点展示了350毫米厚8英寸碳化硅衬底片；同光股份展示了6英寸、8英寸高质量碳化硅晶锭和衬底。外延片方面，天科合达首次展示了8英寸碳化硅外延产品；普兴电子展示了6英寸、8英寸的碳化硅外延片产品；国盛电子则展示了8英寸硅基氮化镓外延片等产品。

天岳先进董事长宗艳民在接受记者采访时表示，公司高品质碳化硅衬底在2023年获得多家国内外客户的认可，并与下游电力电子、汽车电子领域的国内外知名企业开展了广泛合作。公司上海临港智慧工厂于2023年中开启产品交付，2024年产能产量将继续提升。

当前，碳化硅衬底片产能紧缺是产业发展的瓶颈之一。因此，半导体功率器件厂商纷纷与衬底片厂商签订长期订单。比如，天岳先进与某客户签订长单，预计2023年至2025年三年含税销售金额为13.93亿元。

“未来5年，高品质的衬底产品会更紧俏。”宗艳民告诉记者，从新能源汽车、工业控制到白色家电、电网，这些领域对碳化硅芯片、器件的验证周期往往长达两三年，当前还处于碳化硅应用的初级阶段。目前，碳化硅在电动汽车领域的应用占比超过70%，但在其他下游众多领域的应用，还要两三年才会进入真正的爆发期。

半导体产业研究机构InSemi Research首席分析师徐可表示，以新能源汽车领域为例，中国车载碳化硅市场规模有望从2022年的35.4亿元增长至2028年的221.6亿元，年复合增长率预计为36%。

全球碳化硅产业都在快速增长。日本调研机构富士经济报告预测，到2030年，全球碳化硅功率器件市场规模将达到近150亿美元，占整体功率器件市场的约24%。


长晶炉实现国产替代，切磨抛设备仍需发力

碳化硅衬底制备目前主要以高纯碳粉、硅粉为原料合成碳化硅粉，采用物理气相传输法（PVT 法），在单晶炉中生长成为晶体，随后碳化硅晶体经过切片、研磨、抛光、清洗等步骤制成单晶薄片作为衬底。

碳化硅晶体的制备有两大难点，其一是碳化硅晶棒生长速度慢，约2cm的晶棒需要7-10天的生长时间；其二是碳化硅晶体生长对各种参数要求高，需要精确控制硅碳比、生长温度梯度等参数，并且生长过程很难监控，对工艺要求非常高。

基于上述情况，如今碳化硅晶体制备难点更在于工艺而非设备本身，碳化硅长晶炉与传统硅晶有相同性，结构不算复杂，单价不到100万/台，已经基本实现国产化，而工艺上每家衬底厂商都有细微差别，也是核心技术所在，因此许多衬底厂商都选择自研长晶设备，让工艺与设备更加契合，当然也有部分厂商选择外购模式。

目前国内的碳化硅长晶炉设备供应商主要有北方华创和晶升股份，两者在国内占有的份额超过70%，考虑到与工艺的契合性，衬底厂商一般不轻易改变长晶炉的购买渠道，其他企业想要插入进来并不容易，不过如今碳化硅产业疯狂扩产或有新的机遇。

切割是碳化硅衬底制备的首要关键工序，决定了后续研磨、抛光的加工水平，成本能占到50%以上，这是因为碳化硅属于硬质材料，硬度仅比金刚石低，切割难度非常大，目前主流的工艺是线锯切割，也有一些厂商在试验激光切割。

目前碳化硅切割设备主要被日本高鸟垄断，占据了70%以上的份额，在连续收到订单的情况下，交付时间已延长到13-14个月，为了应对更多的订单需求，高鸟已与中国公司和日本本土公司签订了联盟协议，将在中国建立生产工厂。

国内企业上机数控此前表示，公司在碳化硅切割领域取得了较大突破，自行研发的碳化硅切片设备获得成功，开辟了“碳化硅设备国产替代进口”的先河，在国产碳化硅切片机市场占有率超90%。

宇晶股份近日在调研中表示，公司加大对碳化硅切、磨、抛关键技术的攻克，设备的精度已经达到行业一流水平，公司生产的碳化硅切割、研磨、抛光设备主要用于加工单晶碳化硅抛光片，目前公司生产的碳化硅切、磨、抛设备已实现批量销售。

高测股份主要从事高硬脆材料切割设备和切割耗材的研发、生产和销售，今年5月称，公司已有30 余台来自碳化硅衬底企业的订单，推出的8寸碳化硅金刚线切片机也在上半年已形成批量订单。

今年6月，力凯数控表示最新研发的DA300碳化硅多线切割机已达成10台意向订单，预计销售额达3000万元，据悉，该切割机收放线轮运转速度可实现2400米/分钟，采用硅料向下进给方式，伺服同步控制线网进行高速切割，可实现8小时切割一刀，一次性产出100片晶片。

实际上，国内外碳化硅切磨抛环节技术路线差距并不大，主要还在设备的精度和稳定性上，这对衬底加工的效率和产品良率有关键影响，目前国内企业相比国外还有差距，因此碳化硅切磨抛装备仍以进口为主，导致国内厂商生产成本居高不下，碳化硅切磨抛设备的国产替代需求迫切，还需相关厂商共同努力。


国产企业成功突破第四代半导体技术

杭州镓仁半导体有限公司携手浙江大学杭州国际科创中心先进半导体研究院和硅及先进半导体材料全国重点实验室，宣布取得重要突破！通过自主开创的铸造法，成功制备出了高质量的6英寸非故意掺杂及导电型氧化镓单晶，并将其加工成了6英寸氧化镓衬底片。

氧化镓作为一种重要的半导体材料，具有优异的电学性能和光学特性，被广泛应用于高功率电子器件、光电器件以及新能源领域。然而，由于材料制备工艺的挑战性，高质量的氧化镓材料一直是制约产业发展的瓶颈之一。而杭州镓仁半导体的成功制备，填补了市场上的空白，将为先进半导体技术的发展注入新的活力。

该材料广泛应用于制备功率器件、射频器件及探测器件，在轨道交通、智能电网、新能源汽车、光伏发电、5G移动通信、国防军工等领域具有广阔的应用前景。氧化镓材料的优异性能和出色可靠性，将为各行业带来更高效、更可靠的解决方案。

杭州镓仁半导体以技术创新为驱动力，成功攻克了氧化镓材料制备技术中的关键难题。由于之前制备氧化镓材料的技术限制，很难生产出高质量的氧化镓单晶衬底。然而，杭州镓仁半导体凭借着创新的思维和专业团队，成功实现了6英寸氧化镓单晶衬底的产业化制备，为第四代半导体材料的大规模应用铺平了道路。

氧化镓材料作为第四代半导体的代表之一，在各个领域都有着广泛的应用前景。在轨道交通领域，氧化镓材料能够提供更高效、更可靠的列车控制系统，提升安全性和运行效率。而在智能电网和新能源汽车领域，氧化镓材料的优异性能能够有效解决能源传输和存储的难题，推动可再生能源的发展。

此外，氧化镓材料在光伏发电、5G移动通信、国防军工等领域也有着广泛的应用。其高温、高频的性能使其成为射频器件和探测器件的理想选择，为相关行业带来更高效的通信和侦测能力。

这一成果的取得离不开杭州镓仁半导体在材料科学、生产技术和表征方法等方面的深入研究，更离不开浙江大学和硅及先进半导体材料全国重点实验室在科研人才培养和技术支持方面所做出的贡献。持续的科研创新和跨界合作，为我国半导体产业的发展带来了新的可能性。