碳化硅在半导体行业中的应用有哪些？

碳化硅半导体产业链主要包括碳化硅高纯粉料、单晶衬底、外延片、功率器件、模块封装和终端应用等环节。

1.碳化硅高纯粉料

碳化硅高纯粉料是采用PVT法生长碳化硅单晶的原料,其产品纯度直接影响碳化硅单晶的生长质量以及电学性能。碳化硅粉料有多种合成方式,主要有固相法、液相法和气相法3种。其中,固相法包括碳热还原法、自蔓延高温合成法和机械粉碎法液相法包括溶胶-凝胶法和聚合物热分解法气相法包括化学气相沉积法、等离子体法和激光诱导法等。

2.单晶衬底

单晶衬底是半导体的支撑材料、导电材料和外延生长基片。生产碳化硅单晶衬底的关键步骤是单晶的生长,也是碳化硅半导体材料应用的主要技术难点,是产业链中技术密集型和资金密集型的环节。目前,SiC单晶生长方法有物理气相传输法(PVT法)、液相法(LPE法)、高温化学气相沉积法(HTCVD法)等。

3.外延片

碳化硅外延片,是指在碳化硅衬底上生长了一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶薄膜(外延层)的碳化硅片。目前,碳化硅单晶衬底上的SiC薄膜制备主要有化学气相淀积法（CVD）、液相法（LPE）、升华法、溅射法、MBE法等多种方法。

4.功率器件

采用碳化硅材料制造的宽禁带功率器件,具有耐高温、高频、高效的特性。

5.模块封装

目前,量产阶段的相关功率器件封装类型基本沿用了硅功率器件。模块封装可以优化碳化硅功率器件使用过程中的性能和可靠性,可灵活地将功率器件与不同的应用方案结合。

6.终端应用

在第三代半导体应用中，碳化硅半导体的优势在于可与氮化镓半导体互补。由于SiC器件高转换效率、低发热特性和轻量化等优势,下游行业需求持续增加,有取代SiQ器件的趋势。

国产碳化硅衬底龙头迎来大订单。

7月21日晚间，天岳先进(688234)披露，公司签署了时长三年的6英寸导电型碳化硅衬底产品销售合同，合同作价近14亿元；据测算，合同金额超过上市公司过去四年营收之和。

斩获“神秘客户”近14亿元订单

2023年至2025年，天岳先进及全资子上海天岳向合同对方销售6英寸导电型碳化硅衬底产品，按照合同约定年度基准单价测算，预计含税销售合计金额为13.93亿元，期限为2022年7月21日至2025年12月31日。最终以实际数量结算金额为准。

但对于签约客户名称和具体情况，天岳先进本次并未披露。

天岳先进表示，本次合同为长单销售合同，具体价格将根据年度销售产品数量，进行阶梯定价，最终实现的销售金额可能受市场价格波动、交付数量、汇率波动、疫情管控等因素影响，对公司每年业绩影响存在不确定性。整体来看，本次长单销售合同的签订为公司6英寸导电型碳化硅衬底的销售提供了有力保障，符合未来发展战略规划。

目前天岳先进还在高强度研发投入期。去年，天岳先进实现净利润约8995万元，实现扭亏，扣非后净利润约1297万元，同比下降42.82%。对于业绩变动，公司表示主要系聚焦碳化硅衬底领域，加强重点产品创新研发与技术投入所致，公司研发投入较上年同期有较大增长。

今年一季度，天岳先进净利润亏损约4377万元。据介绍，由于国内多地疫情反复对公司产品交付产生影响，部分订单交付延期，导致同比收入下降；公司继续加大大尺寸及N型产品研发投入，致使研发费用同比增加较大，加上新产品客户验证等市场推广导致销售费用同比上涨。

随着新能源 汽车 市场升级，新一代碳化硅功率元件被视为实现高压快充革命的关键。据TrendForce集邦咨询研究，随着越来越多车企开始在电驱系统中导入碳化硅技术，预估2022年车用碳化硅功率元件市场规模将达到10.7亿美元，至2026年将攀升至39.4亿美元。

产业资本追捧碳化硅衬底第一股

从产业链来看，碳化硅衬底和外延片的良率和成本影响器件的重要部分。全球市场中，Wolfspeed是最主要的导电型碳化硅衬底片供应商；Wolfspeed、II-VI（贰陆）是半绝缘型衬底片主要供应商，并着手布局8英寸衬底片。

天岳先进系“碳化硅衬底第一股”，导电型碳化硅衬底以6英寸为主，8英寸衬底开始发展；半绝缘碳化硅衬底以4英寸为主，根据yole报告统计，2021年公司在半绝缘碳化硅衬底领域，市场占有率连续三年保持全球前三。同时，公司正加快提升导电型衬底产能建设。

客户导入方面，天岳先进自主研发出半绝缘型碳化硅衬底产品已批量供应至国内下游核心客户，同时已被国外知名的半导体公司使用。在导电型碳化硅衬底领域，公司6英寸产品已送样至多家国内外知名客户。2021年，天岳先进实现销售衬底约5.7万片。

另外，去年公司募投项目“碳化硅半导体材料项目”在上海临港正式开工建设，该项目主要用于生产6英寸导电型碳化硅衬底材料，计划于2026年达产，达产后将新增碳化硅衬底材料产能约30万片/年。

据披露，2014年山东天岳与上述关联股东客户建立合作关系，开始研发用于制作氮化镓射频芯片的半绝缘型碳化硅衬底；碳化硅产品需求迅速增加后，2019年山东天岳通过了股东客户的合格供应商体系，并在2020年成为公司第二大客户，2021年双方签订了上万片采购框架协议，并曾预计未来业务量仍将持续增长。

截至今年一季度末，哈勃 科技 位列天岳先进第四大股东，持股6.34%。

在半导体领域的应用

碳化硅一维纳米材料由于自身的微观形貌和晶体结构使其具备更多独特的优异性能和更加广泛的应用前景，被普遍认为有望成为第三代宽带隙半导体材料的重要组成单元。

第三代半导体材料即宽禁带半导体材料，又称高温半导体材料，主要包括碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化锌、金刚石等。这类材料具有宽的禁带宽度、高的热导率、高的击穿电场、高的抗辐射能力、高的电子饱和速率等特点，适用于高温、高频、抗辐射及大功率器件的制作。第三代半导体材料凭借着其优异的特性，未来应用前景十分广阔。

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