國內碳化矽產業現狀

2022-03-17 298

一位碳化矽晶片愛好者的學習筆記。內容包括文獻整理、產業新聞、零星收穫和一些奇思妙想。本帳號屬於個人學習筆記，僅供個人嗜好，不涉及任何商業用途。文章中如有任何引用不規範之處，請諒解。有人愛好種花種草、唱歌釣魚，有人愛好寫推特和抖音。近年來，我喜歡在周末偶爾讀書、看看論文，了解前沿材料和裝置技術的發展。

做一些有趣的事，做一個有趣的人。

這是一個很容易被罵的話題，但對我這種沒什麼興趣、喜歡胡說八道的人來說，隨便聊聊、編造一些數字也無所謂。這個重點是留給我們小圈裡幾個人自己看的。我提前寫好，是為了防止自己忘記一些關鍵點。

普及程度：與當時的 LED 類似，但技術門檻比 LED 高出幾個數量級；

一句話概括國內產業主流技術發展方向的各個面向：

1. 二氧化矽粉末爽膚水：沒問題

太陽能產業做了許多好事，現在國產9N矽粉已經不是大問題了；

2. 碳化矽粉末：5N 沒問題，但 6N 就麻煩了；檢測系統不完善，而且近兩千台爐子大規模供應，年產量數百萬片，用於數十個基板項目。爐子開工率很高，粉末嚴重短缺！優質 6N 碳化矽粉末的貨源和價格低於 100 美元/公斤的低成本技術方案都非常稀缺！

3. 碳化矽晶體/晶片 - 4H導電，稀有

能裝車運走的晶圓的品質、產量和成本……這無可迴避。經過20多年的國內晶體生長，我們基本上已經遇到了瓶頸，這是一個技術和燒錢迭代的瓶頸。 6吋晶圓的缺陷密度/良率需要降低一到兩個數量級，這預計需要5到10年的時間。讓一家公司把國內所有能生長晶體的教授級高級工程師都聚集起來，集中精力同時在各個改進方向上迭代燒毀數百台爐子，以加快迭代進程！關鍵是，如果這些爐子不賺錢，目前的投入產出比就有點慘淡了！

那些玩弄資本、只會編故事的人不適合進入這個行業。他們更適合去房地產行業！

4. 碳化矽外延晶片

5-20微米，N型外延，沒問題；

背襯膜品質不好或不夠厚，這就是問題所在！

5. 碳化矽元件－MPS/JBS二極體

二極體 - 650/1200V 20A 及以下，良率不是問題，性價比合理；可以穩定量產，北京/無錫/上海/廈門四家工廠也沒有大問題。唯一的問題是汽車用優質基板的來源；

然而，1700V及以上電壓二極體的良率、批次穩定性和整體成本仍不容樂觀。我看過其中一些二極體的實際數據。關鍵在於，良率低且不穩定的原因有時並不明確。問題出在基板和外延片的品質上，但數據卻不符！

50A以上二極體的良率不高；但這主要是由於薄膜的問題造成的；

6. 碳化矽 MOSFET 元件平面結構

3-10毫歐姆，20安培及以下。一家公司確實有四英寸批次的產品。性價比和良率/可靠性需要提高。目前還沒有公司敢把它安裝在汽車上。它可以用作充電樁進行充電；

無錫/上海/廈門的那些工廠都處於研發和樣品階段，沒有批次數據；

一句話總結：目前還沒有能夠以穩定的良率進行大規模生產並投放市場的平面 MOSFET！

3mOhm 50A 或更高，批量穩定良率超過 40%，不！

7. 碳化矽 MOSFET 元件溝槽結構

——五年計畫正在研擬中…

完全獨立的專利結構產品－不！

國外MOSFET元件的現況：

1. CREE - 只有平面，沒有凹槽；但是，CREE 平面結構的表現在兩到三年內並不比有凹槽的結構差；

2. 日本羅姆 - 雙槽批量發貨；專利方面存在一些小問題，目前正在訴訟中；雙向車載電池的可靠性方面存在一些小爭議；

3. ST-650V 50A 專門提供給特斯拉 Edamame 3，約一千台，該車已運行一年多；

4. Infenion - 半包戰壕；

良率尚不清楚，但這種結構的最大優點是溝槽更堅固；但如果將來出現一台適用於 8 英吋的優秀光刻機，進一步減小間距將會有些困難；

一句話總結：國外碳化矽MOSFET元件的主要量產和出貨方式是溝槽式，這種製程已經上市，產量可以逐步提高；但我聽說6吋MOS晶片的良率普遍低於65%，可靠性篩選良率也不太樂觀！但與國內相比，至少還有五年的差距！

就智慧財產權佈局而言，很難說未來矽基IGBT時代是否會出現類似的專利障礙！

個人觀點總結：

1. 晶體生長和基板晶片是「卡頸」的核心技術，也是整個產業鏈的通用技術。對於以市場為導向的公司來說，燒錢迭代有些困難。公司面臨獲利模式的壓力，投資人需要良好的獲利報表才能快速套現。他們完全期望公司進行高投入、高風險、燒錢改進迭代，但缺乏動力；

——需要建立像德國弗勞恩霍夫研究所或歐洲IMEC一樣，擁有國家戰略投資的非營利研究機構，進行長期投資以解決這一共同的技術難題！

2. 尖端設備新結構的研究與開發

矽基IGBT的故事無法重演。溝槽結構和超結結構需要事先規劃和發展。存在許多可靠和不可靠的可能結構。僅靠企業自身研發投入成本高。需要像日本產業技術綜合研究所（AIST）那樣能夠真正聯合投資的產業聯合研究機構，或是像美國Power American那樣的國家實驗室聯盟機構。非營利研發模式，分享智慧財產權和技術授權；

—Ga2O3、AlN、鑽石和其他新材料體系需要事先規劃；顯然，企業目前還沒有精力來處理這個問題；我們需要一個沒有利益衝突的非營利研究投資機構，就像中國的弗勞恩霍夫研究所、中國的IMEC一樣！

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