所属领域

集成电路与ICT

技术成熟度

中试、产业化

应用行业

碳化硅单晶

合作方式

合作开发

成果概况

新一代碳化硅单晶（6~12英寸）制备技术研发与产业化项目，是基于原中国电子科技集团第四十六研究所研发部主任、现天津理工大学功能晶体研究院副院长徐永宽教授团队近20年碳化硅等单晶研制经验基础上，提出的全新的一代碳化硅单晶制备技术，该技术正在汕头天意半导体进行中试生产验证。

在新能源汽车等需求牵引下，国内碳化硅单晶技术有了长足的发展，天岳、天科合达等企业的碳化硅单晶衬底产品得到了大批量的应用，同时也陆续有新企业宣布突破6~8英寸碳化硅单晶制备技术。但总的来说，国内碳化硅单晶制备技术还比较落后，单晶成品率低、生产效率低、生产成本高，即便是头部企业，在目前碳化硅单晶衬底价格还相对较高的情况下，盈利能力仍然不高，甚至亏损。例如现在国内碳化硅单晶衬底单台单晶炉年产数量均不高于500片，很多企业基本都是靠大批量建造单晶炉，靠数量堆积有限的产能，这种做法非但不能提高我国碳化硅单晶的国际竞争力，反而是对社会资源的巨大浪费。本项目开发了一套全新的系列技术，从根本上解决了行业面临的痛点，使碳化硅单晶的生产效率提高10倍以上，单晶生产成本降低位原来的1/4，是新一代碳化硅单晶生长技术，将极大地提高我国碳化硅单晶行业的生产力和国际竞争力。项目总投资约5亿元人民币，团队拥有自主单晶设备研制、原材料制备、单晶生长、单晶加工等系列技术,可以实现降低制造成本、快速生长的目标。目前项目已达到中试化生产要求。

关键技术

1.扩径技术

碳化硅单晶快速扩径技术，单次可以扩径2cm以上，有望快速将碳化硅单晶带入12英寸时代。

2.新一代碳化硅单晶炉

研制了新一代新概念碳化硅单晶炉，单晶炉采用多温区热场设计，各温区独立控温，控温精度±0.1℃，而且热场寿命是行业水平的10倍以上。使碳化硅单晶生长告别了控功率和靠经验调节工艺的时代，一个工艺可以在多台设备上可以稳定地多炉次运行，工艺重复性极大提高，不但成品率得到极大提高，也极大减少了对工程师的需求。

3.低成本大颗粒碳化硅粉料制备技术

碳化硅单晶生长不可控的关键原因之一就是碳化硅源粉挥发的非线性，我们开发了一种低成本制备大颗粒碳化硅粉料的技术，制备碳化硅粉料不易烧结成块，挥发均匀。

4.新一代碳化硅单晶生长技术

基于新一代单晶炉，开发新一代碳化硅单晶生长技术，实现了在保持单晶晶体质量的同时，实现快速的长单晶生长，极大低提高生产效率。

应用领域和市场前景

得益于碳化硅单晶优良特性加持，基于碳化硅单晶衬底的半导体器件具备耐高压、耐高温、高功率、适用高频等特点，被广泛应用于工业控制、智能电网、风力发电、航空 航天等领域，同时也是电动汽车、5G 基站、卫星通信等新兴领域的理想器件。

从下游碳化硅渗透率来看，在轨道交通领域，碳化硅器件能帮助提高牵引变流器装置效率， 提升系统的整体效能。根据 CASA Research 预测，2050 年轨道交通中基 于碳化硅衬底的功率器件占比累计将超过九成，而纯硅基器件占比不到一 成。在光伏逆变器领域，碳化硅器件帮助光伏逆变器进一步提高转换效率、 增强可靠性和降低成本。根据 CASA Research 预测，2048 年光伏逆变器 中基于碳化硅衬底的功率器件占比累计将达 85%，基本取代硅基器件。从 行业规模来看，根据 Yole 数据预测，全球碳化硅功率器件市场规 模由 2021 年的10.90 亿美元增长至 2027 年的 62.97 亿美元，期间年复合增长率为 34%。按碳化硅衬底应用细分领域划分，应用市场最大的是智能汽车领域， 由 2021 年的6.85 亿美元增长至 2027 年的 49.86 亿美元，期间年复合增 长率为 39.2%。随着碳化硅渗透率的不断提升，下游应用需求的高速增长，公司将持续受益。