日本昭和电工宣布：八英寸SiC衬底样品出货
发布日期：2022-09-08 浏览次数：557
日厂第一家，日本昭和电工(Showa Denko KK)宣布，使用于碳化硅(SiC)功率半导体的8吋SiC磊晶晶圆(Epitaxial Wafer)已开始进行样品出货。 昭和电工7日发布新闻稿宣布，使用于SiC功率半导体的8吋(200mm)SiC磊晶晶圆已开始进行样品出货、成为日本国内首家送样8吋SiC磊晶晶圆的厂商。上述8吋SiC磊晶晶圆使用了昭和电工自制的SiC单晶晶圆。 昭和电工指出，和原先使用硅晶圆的功率半导体相比，SiC功率半导体的电力损耗更少、更不易发热，来自电动车(EV)、再生能源领域的需求急增，而SiC磊晶晶圆为左右SiC功率半导体性能的关键零件。目前SiC功率半导体主要使用6吋(150mm)SiC磊晶晶圆进行生产，而随着SiC磊晶晶圆大尺寸化、每片晶圆所能获取的晶片数将变多，有助于提高生产效率、降低成本。 昭和电工表示，该公司为全球最大SiC磊晶晶圆外售厂商。 昭和电工目前已和东芝子公司「东芝电子元件及储存装置(ToshibaElectronic Devices & Storage)」、Rohm等多家厂商签订SiC磊晶晶圆的长期供应契约。 SiC功率半导体需求旺、2030年估跳增11.8倍 日本市调机构富士经济(Fuji Keizai)5月23日公布调查报告指出，因汽车/电子设备需求扩大，2022年全球功率半导体市场规模(包含硅制产品和碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化镓等次世代功率半导体)预估将年增11.8%至2兆3,386亿日圆，且之后市场规模将持续扩大，预估2030年将扩增至5兆3,587亿日圆、将较2021年增加1.6倍(增加约160%)。 其中，2022年硅制功率半导体市场规模预估将年增10.0%至2兆2,137亿日圆，2030年预估将扩大至4兆3,118亿日圆、将较2021年增加1.1倍；2022年SiC等次世代功率半导体市场规模预估将年增58.7%至1,249亿日圆，之后市场规模将呈现急速扩大，预估2030年将达1兆469亿日圆、突破兆圆大关、将较2021年暴增12.3倍。 就次世代功率半导体的细项来看，2022年SiC功率半导体市场规模(包含SiC-SBD、SiC-FET、SiC功率模组)预估将年增59.5%至1,206亿日圆，2030年预估将扩大至9,694亿日圆、将较2021年暴增11.8倍；2022年GaN功率半导体市场规模预估将年增21.9%至39亿日圆，2030年预估将扩大至305亿日圆、将较2021年暴增8.5倍；2022年氧化镓功率半导体市场规模预估为3亿日圆、2030年有望扩大至470亿日圆。 迈向八英寸的SiC，我国差距没想象中大！ 据“第三代半导体风向”不完全统计显示，目前Wolfspeed、罗姆、意法半导体、安森美、II-VI、Soitec、山西烁科以及中科院物理所等企业和机构已经成功研发出了8英寸SiC衬底，预计2022-2025年会逐步量产上市。
众所周知，在硅材料和芯片上，我国半导体企业历经了一段艰苦而困难的追赶过程，那么在八英寸SiC上，我国的实际表现又如何呢？在具体介绍这个之前，我们先看一下碳化硅的优势。 按照山东大学晶体材料实验室、南砂晶教授徐现刚在早前于南沙举办的“2022中国·南沙国际集成电路产业论坛——宽禁带半导体论坛”上所说，碳化硅的热导率为5，这个数字仅次于金刚石（热导率22），但远远高于砷化镓，由此可以看到它的热导率性能非常好；与硅相比，碳化硅的带隙是前者的3倍，饱和电子速率是前者的2倍，这从物理性质上决定了它有非常好的性质，有很好的应用前景。 “碳化硅还有一个优点，那就是它的硬度和金刚石差不多，高达9.8（金刚石是10）。另外，它的光学方面也有很好的优点，也仅次于金刚石。这些优点决定了上世纪50年代在寻找半导体材料的时候，就找到了碳化硅，但由于材料技术和设备的限制，这种材料一直默默无闻，没有发展起来。但它们在‘高功率、高频、高温、高效’方面给我们提供了可能性”徐现刚教授补充说。 徐现刚教授表示，碳化硅材料的发展有一段很悠长的历史。自1885年瑞典的科学家发明了碳化硅生长装置以来（这个装置目前我们还在沿用），我们就在其上把沙子和木炭这样的核心原材料加热到1500℃左右，通过导电，引发自蔓延反应，形成碳化硅。 徐现刚教授同时指出，碳化硅的原材料来源于沙子，也就是二氧化硅，常用的是高纯石英矿。而从碳化硅发明到现在，大部分时间的用途是非单晶的，都是用在磨料、砂轮、陶瓷和纤维上。但在1955年Lely发明了一个后来被称为“Lely法”的制造工艺之后，碳化硅制造又有了新的选择。 不过，徐现刚教授也直言，传统的“lely法”生长的难度非常高，这也是导致碳化硅单晶在最近六七十年的发展落后于硅单晶的原因。但在科学家于1978年修正了Lely法后，形成了我们目前常用的第三种方法。 “目前主流的单晶生长方法就是PVT和高温CVD法，液相法在最近也逐步进入了大家的视线。对于这些制造方法来说，由于其需求的温度非常高（熔体达到3000℃以上、5000kpa大气压以下），所以用传统长单晶的方法很难实现，带来了难度的增加。另外，虽然它们都叫碳化硅，但碳化硅还有一个同数据构体，也就是说元素一样、结构不一样（现在在自然界可以存在200多种类型），这样很难控制它的唯一性生长。和传统的硅单晶相比，碳化硅单晶生长是黑盒子系统，生长过程我们不可看，这些都增加了碳化硅单晶生长的难度。”徐现刚教授说。 即使如此难，但据徐现刚教授介绍，在过去几十年的发展中，我国在碳化硅单晶研究也取得几个阶段性的进展： 第一阶段 90年代光电的应用，碳化硅作为衬底，成功应用在光电领域，推动了碳化硅光电的进展； 第二阶段 微波电子。由于国家的重大需求，推动了它在微波电子上的应用，我们现在做的微波电子不比国外差。 第三阶段 功率电子的应用。希望上下游通力合作，在这方面赶超国外。 他进一步指出，国际上十年前突破了6英寸衬底技术，在“十三五”期间更是突破了8英寸衬底关键技术，并于今年成功导入量产。而我国在这上面也有三十多年的研究历史。而他所在的山东大学从2000年开始启动碳化硅单晶的生长工作，中间克服了多项关键技术。2011年，他们对其进行了产业化转化，并成功转化到山东天岳，把我们的衬底制备技术推向了市场。 “经过多年的理论和技术攻关，我们也把碳化硅单晶直径从6英寸扩展到了8英寸，通过X光分析，这些晶体质量还是不错的。”徐现刚教授在演讲中表示。 据他所说，8英寸单晶的研发和跟种庄稼一样，要有种子才能长出来。所以在制备的时候，首先第一步要得到种子，也就是籽晶。现在的8英寸时代，国际和国内都重视对种子的培养，所以我们第一代培养的是种子，并不是半晶圆，没有进行掺杂，后续有了种子，我们才会进行第二步的掺杂。“我们从2018年开始攻关了好久，突破8英寸的种子是非常难的，每次晶体从150mm迈向200mm的时候，每次只进展几毫米，花费时间非常长，所以科研经费也非常重要，能给我们投入一点，我们就能进步一点。”徐现刚教授教授强调。 在最后问到我们与国际在八英寸上的差距时，徐现刚教授回应道：“国外在‘十三五’期间攻克了8英寸，且很快进行了导入量产。我们国内非常重视，但这与我们科研实力条件的布局有关。目前我们已经有了8英寸，差距也就是在两到三年之内。随着大家的积极投入，这个时间的差距会越来越小”。 文章内容整理自网络，如有侵权请联系删除！！！ 华亿在线手机版（大中国区）
