国内碳化硅产业现状

2022-03-17 300

一位碳化硅芯片爱好者的学习笔记。内容包括文献整理、行业新闻、零星收获和一些奇思妙想。本账号属于个人学习笔记，仅供个人爱好，不涉及任何商业用途。文章中如有任何引用不规范之处，敬请谅解。有人爱好种花种草、唱歌钓鱼，有人爱好写推特和抖音。近年来，我喜欢在周末偶尔读读书、看看论文，了解一下前沿材料和器件技术的发展。

做一些有趣的事，做一个有趣的人。

这是一个很容易被人骂的话题，但对我这种没什么兴趣、喜欢胡说八道的人来说，随便聊聊、编造一些数字也无所谓。这个要点是留给我们小圈子里几个人自己看的。我提前写好，是为了防止自己忘记一些关键点。

普及程度：与当时的 LED 类似，但技术门槛比 LED 高几个数量级；

一句话概括国内产业主流技术发展方向的各个方面：

1. 二氧化硅粉末爽肤水：没问题

太阳能产业做了很多好事，现在国产9N硅粉已经不是大问题了；

2. 碳化硅粉末：5N 没问题，但 6N 就麻烦了；检测系统不完善，而且近两千台炉子大规模供应，年产量数百万片，用于数十个基板项目。炉子开工率很高，粉末严重短缺！优质 6N 碳化硅粉末的货源和价格低于 100 美元/公斤的低成本技术方案都非常稀缺！

3. 碳化硅晶体/晶片 - 4H导电，稀有

能装车运走的晶圆的质量、产量和成本……这无可回避。经过20多年的国内晶体生长，我们基本上已经遇到了瓶颈，这是技术和烧钱迭代的瓶颈。6英寸晶圆的缺陷密度/良率需要降低一到两个数量级，这预计需要5到10年的时间。让一家公司把国内所有能生长晶体的教授级高级工程师都聚集起来，集中精力同时在各个改进方向上迭代烧毁数百台炉子，以加快迭代进程！关键是，如果这些炉子不赚钱，目前的投入产出比就有点惨淡了！

那些玩弄资本、只会编故事的人不适合进入这个行业。他们更适合去房地产行业！

4. 碳化硅外延晶片

5-20微米，N型外延，没问题；

背衬膜质量不好或者不够厚，这就是问题所在！

5. 碳化硅器件——MPS/JBS二极管

二极管 - 650/1200V 20A 及以下，良率不是问题，性价比合理；可以稳定量产，北京/无锡/上海/厦门四家工厂也没有大问题。唯一的问题是汽车用优质基板的来源；

然而，1700V及以上电压二极管的良率、批次稳定性和总体成本仍然不容乐观。我看过其中一些二极管的实际数据。关键在于，良率低且不稳定的原因有时并不明确。问题出在衬底和外延片的质量上，但数据却不符！

50A及以上二极管的良率不高；但这主要是由于薄膜的问题造成的；

6. 碳化硅 MOSFET 器件平面结构

3-10毫欧姆，20安培及以下。一家公司确实有四英寸批次的产品。性价比和良率/可靠性需要提高。目前还没有公司敢把它安装在汽车上。它可以用作充电桩进行充电；

无锡/上海/厦门的那些工厂都处于研发和样品阶段，没有批次数据；

一句话总结：目前还没有能够以稳定的良率进行大规模生产并投放市场的平面 MOSFET！

3mOhm 50A 或更高，批量稳定良率超过 40%，不！

7. 碳化硅 MOSFET 器件沟槽结构

——五年计划正在制定中……

完全独立的专利结构产品——不！

国外MOSFET器件的现状：

1. CREE - 只有平面，没有凹槽；但是，CREE 平面结构的性能在两到三年内并不比有凹槽的结构差；

2. 日本罗姆 - 双槽批量发货；专利方面存在一些小问题，目前正在诉讼中；双向车载电池的可靠性方面存在一些小争议；

3. ST-650V 50A 专门提供给特斯拉 Edamame 3，约一千台，该车已运行一年多；

4. Infenion - 半包战壕；

良率尚不清楚，但这种结构的最大优点是沟槽更坚固；但如果将来出现一台适用于 8 英寸的优秀光刻机，进一步减小间距将会有些困难；

一句话总结：国外碳化硅MOSFET器件的主要量产和出货方式是沟槽式，这种工艺已经上市，产量可以逐步提高；但我听说6英寸MOS芯片的良率普遍低于65%，可靠性筛选良率也不太乐观！但与国内相比，至少还有五年的差距！

就知识产权布局而言，很难说未来硅基IGBT时代是否会出现类似的专利壁垒！

个人观点总结：

1. 晶体生长和衬底晶片是“卡颈”的核心技术，也是整个产业链的通用技术。对于一家以市场为导向的公司来说，烧钱迭代有些困难。公司面临着盈利模式的压力，投资者需要良好的盈利报表才能快速套现。他们完全期望公司进行高投入、高风险、烧钱改进迭代，但缺乏动力；

——需要建立像德国弗劳恩霍夫研究所或欧洲IMEC那样，拥有国家战略投资的非营利研究机构，进行长期投资以解决这一共同的技术难题！

2. 尖端设备新结构的研究与开发

硅基IGBT的故事无法重演。沟槽结构和超结结构需要提前规划和开发。存在许多可靠和不可靠的可能结构。仅靠企业自身研发投入成本很高。需要像日本产业技术综合研究所（AIST）那样能够真正联合投资的产业联合研究机构，或者像美国Power American那样的国家实验室联盟机构。非营利性研发模式，共享知识产权和技术授权；

—Ga2O3、AlN、金刚石和其他新材料体系需要提前规划；显然，企业目前还没有精力来处理这个问题；我们需要一个没有利益冲突的非营利性研究投资机构，就像中国的弗劳恩霍夫研究所、中国的IMEC一样！

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