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目前大家對(duì)碳化硅的認(rèn)識(shí)比較一致，普遍認(rèn)為它是個(gè)好東西。
它具有高禁帶寬度、高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速率等顯著特征，可以滿足科技發(fā)展對(duì)高溫、高功率、高壓、高頻等復(fù)雜場(chǎng)景的器件要求，在電力電子、新能源汽車、能源存儲(chǔ)、智能制造、光伏、軌道交通等多個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，被認(rèn)為是先進(jìn)生產(chǎn)力的代表，具有極高的產(chǎn)業(yè)價(jià)值，甚至成為當(dāng)今資本瘋狂下注的“黃金賽道”。
但是，大家也普遍認(rèn)為：碳化硅實(shí)在太貴了，用不起啊。因此曾有業(yè)內(nèi)人士指出：“在未來很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，碳化硅都只能攫取半導(dǎo)體材料中一塊不大的市場(chǎng)空間。我們?cè)诜治鎏蓟钑r(shí)，切不可盲目樂觀。”
01.碳化硅為什么這么貴？
碳化硅之所以貴，與其高昂的成本息息相關(guān)。在碳化硅器件的制造成本結(jié)構(gòu)中，襯底和外延是最重要組成部分，尤其是襯底，其成本占據(jù)最大比例，可達(dá)47%，是把碳化硅價(jià)格打下來的最大阻礙；外延成本占比約23%。
而襯底與外延的高成本完全取決于其高難度的制備工藝。
襯底方面，根據(jù)粉體大數(shù)據(jù)研究推出的《中國(guó)碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告（2023～2026）》介紹，碳化硅襯底的技術(shù)難度主要有以下10點(diǎn)：
①碳化硅粉料合成不易，合成過程中的環(huán)境雜質(zhì)多，難以獲得高純度的粉料。
②碳化硅單晶生長(zhǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)與制造技術(shù)復(fù)雜、嚴(yán)苛；
③在碳化硅單晶在 2300℃以上高溫的密閉石墨腔室內(nèi)完成“固-氣-固”的轉(zhuǎn)化重結(jié)晶過程，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、控制難度大，易產(chǎn)生微管、包裹物等缺陷；
④碳化硅存在 200 多種晶體結(jié)構(gòu)類型，其中六方結(jié)構(gòu)的 4H 型（4H-SiC）等少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)的單晶型碳化硅才是所需的半導(dǎo)體材料，在晶體生長(zhǎng)過程中需要精確控制硅碳比、生長(zhǎng)溫度梯度、晶體生長(zhǎng)速率以及氣流氣壓等參數(shù)，否則容易產(chǎn)生多晶型夾雜，導(dǎo)致產(chǎn)出的晶體不合格；
SiC 襯底制備的主要難點(diǎn)
⑤碳化硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)存在溫度梯度，導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)過程中存在原生內(nèi)應(yīng)力及由此誘生的位錯(cuò)、層錯(cuò)等缺陷；
⑥碳化硅單晶生長(zhǎng)過程中需要嚴(yán)格控制外部雜質(zhì)的引入，從而獲得極高純度的半絕緣晶體或定向摻雜的導(dǎo)電型晶體；
⑦氣相傳輸法下，碳化硅晶體生長(zhǎng)的擴(kuò)徑技術(shù)難度極大，隨著晶體尺寸的擴(kuò)大，其生長(zhǎng)難度工藝呈幾何級(jí)增長(zhǎng)；
⑧碳化硅襯底作為莫氏硬度 9.2 的高硬度脆性材料，加工過程中存在易開裂問題，加工完成后的襯底易存在翹曲等質(zhì)量問題；
⑨切片是碳化硅單晶加工過程的第一道工序，決定了后續(xù)薄化、拋光的加工水平，是整個(gè)環(huán)節(jié)的最大產(chǎn)能瓶頸所在；
⑩碳化硅切片的薄化主要通過磨削與研磨實(shí)現(xiàn)，但碳化硅斷裂韌性較低，在薄化過程中易開裂，導(dǎo)致碳化硅晶片的減薄非常困難。
以上10個(gè)難點(diǎn)就給碳化硅襯底生產(chǎn)帶來兩個(gè)很被動(dòng)的局面：生產(chǎn)效率低和良率低。
跟硅比它的長(zhǎng)晶速度很低，硅是拉單晶的（液相法），碳化硅是PVT（氣相法），碳化硅的速率比硅慢600倍，速度非常慢。硅的單晶能拉兩層樓高、幾米，碳化硅是按毫米計(jì)算的，毫米到米差兩個(gè)量級(jí)。良率方面，做CPU的硅能做到零缺陷，但碳化硅現(xiàn)在是1000的量級(jí)，缺陷又差了兩個(gè)量級(jí)，造成了缺陷多、速度慢。缺陷多就質(zhì)量差（相對(duì)硅來說），可靠性就差，良率就低，器件篩選的比例就低。
外延方面，有水平的外延方式、水平的、垂直的、多片、單片的。但是目前主流用得多的還是單片水平氣流的，一個(gè)月的產(chǎn)能是300-400片（單片），到8寸還是單片，這個(gè)效率就很低、產(chǎn)能很低，就得不停地堆爐子，一臺(tái)爐子幾百萬，導(dǎo)致資產(chǎn)很高，設(shè)備折舊很貴，成本降不下來。
總之，以上種種因素導(dǎo)致了碳化硅價(jià)格居高不下，讓很多下游市場(chǎng)望而卻步。
02.把碳化硅價(jià)格打下來
不過，根據(jù)近期的相關(guān)行業(yè)信息看，碳化硅的價(jià)格正在被打下來，價(jià)格下跌正成為一種趨勢(shì)。有業(yè)界人士透露，目前中國(guó)6英寸碳化硅晶圓代工價(jià)格，已降至每片1,200至1,800美元左右，較兩年多前每片4000美元左右的代工價(jià)格已經(jīng)暴跌了70%，這主要受益于碳化硅上游產(chǎn)業(yè)價(jià)格下降所致。2024年5月9日，天岳先進(jìn)（SICC）在一份投資者關(guān)系報(bào)告中強(qiáng)調(diào)了碳化硅襯底價(jià)格下跌的兩個(gè)內(nèi)部原因：技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模效應(yīng)。
從技術(shù)上講，由于上面我們講到碳化硅晶體生長(zhǎng)速度很慢，那大家便想到通過和之前從4寸到6寸一樣，從6寸擴(kuò)大到8寸，隨著面積的擴(kuò)大，面積越大，成本越低。雖然8英寸的技術(shù)難度又上了一個(gè)臺(tái)階，但從國(guó)內(nèi)廠商的表現(xiàn)來看，這些困難好像并沒有難住他們。目前，晶盛機(jī)電、天岳先進(jìn)、湖南三安等十多家中國(guó)公司已經(jīng)進(jìn)入了8英寸SiC晶圓的樣品交付和小批量生產(chǎn)階段。
在規(guī)模效應(yīng)方面，碳化硅片廠商的前期投資項(xiàng)目目前已進(jìn)入投資回報(bào)階段，不少硅片企業(yè)已將生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)向8英寸硅片。例如，晶盛機(jī)電年產(chǎn)25萬片6英寸和5萬片8英寸碳化硅片的項(xiàng)目于2023年11月正式簽約投產(chǎn); 2024年2月，Cengol（北京世紀(jì)金光）的8英寸SiC加工線準(zhǔn)備就緒并投入小批量生產(chǎn); 2024年3月，科友半導(dǎo)體與俄羅斯N公司簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同開展“8英寸SiC完美晶體”項(xiàng)目，等等。
另一個(gè)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈成本構(gòu)成有很大的影響的環(huán)節(jié)——設(shè)備市場(chǎng)也在悄悄發(fā)生變化。
長(zhǎng)晶爐方面，雖然國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商尚未向國(guó)際主流碳化硅廠商實(shí)現(xiàn)設(shè)備供應(yīng)，但在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)碳化硅長(zhǎng)晶設(shè)備主要市場(chǎng)份額已由國(guó)內(nèi)廠商占據(jù)。北方華創(chuàng)、晶升股份為主力供應(yīng)商，目前已向國(guó)內(nèi)多家下游SiC材料主流廠商實(shí)現(xiàn)大批量交付。同時(shí)，雙方均已成功開發(fā)了8英寸長(zhǎng)晶設(shè)備，其中，北方華創(chuàng)已開發(fā)了3種機(jī)型。
切磨拋設(shè)備方面，盡管當(dāng)下仍以國(guó)際廠商為主，但國(guó)產(chǎn)企業(yè)正在不斷加速突破。據(jù)悉，高測(cè)股份、宇晶股份、德龍激光、特思迪、大族激光等切片設(shè)備廠商均在下游應(yīng)用上取得了一定的突破。
外延設(shè)備方面，北方華創(chuàng)、晶盛機(jī)電、納設(shè)智能、芯三代、中電科48所等，均已推出成熟的外延設(shè)備，8英寸外延設(shè)備也已研發(fā)成功。其中，晶盛機(jī)電還在2023年業(yè)績(jī)說明會(huì)中表示，其8英寸碳化硅外延設(shè)備已經(jīng)通過下游客戶驗(yàn)證。
綜合來看，技術(shù)突破、設(shè)備國(guó)產(chǎn)化推進(jìn)、產(chǎn)能釋放是目前將碳化硅價(jià)格打下來的三大原因。
當(dāng)然，對(duì)于碳化硅目前的降價(jià)趨勢(shì)，也有供應(yīng)鏈從業(yè)者表示了擔(dān)心：由于國(guó)內(nèi)在碳化硅長(zhǎng)晶、襯底等領(lǐng)域的廠商眾多，如果有人率先掀起降價(jià)模式，恐怕將會(huì)迫使越來越多廠商跟進(jìn)，進(jìn)而引發(fā)碳化硅襯底的價(jià)格戰(zhàn)。
然而，從全局來看，碳化硅價(jià)格的降低（雖然仍高于硅半導(dǎo)體）無疑將激發(fā)更多的下游應(yīng)用，促進(jìn)碳化硅技術(shù)和材料的滲透和采用，從而使整個(gè)行業(yè)保持良好的增長(zhǎng)率。所以，大多數(shù)企業(yè)對(duì)此持積極態(tài)度。
參考來源：
[1]粉體大數(shù)據(jù)研究
[2]三安半導(dǎo)體：8英寸碳化硅降本還有哪些問題？.半導(dǎo)體在線
[3]國(guó)內(nèi)碳化硅晶圓進(jìn)展迅速，價(jià)格有所下降. 銳芯聞
[4]碳化硅暴跌30%，未來如何演變？.今日半導(dǎo)體
[5]碳化硅襯底價(jià)格戰(zhàn)真的來了？. 集邦化合物半導(dǎo)體
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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