2021年全球及中國碳化硅單晶行業(yè)投資規(guī)模研究預(yù)測(cè)及市場(chǎng)需求潛力研究
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（1）碳化硅單晶制備技術(shù)：碳化硅襯底制備技術(shù)包括PVT法（物理氣相傳輸法）、溶液法和高溫氣相化學(xué)沉積法等，目前商用碳化硅單晶生長均采用PVT法。PVT法制備碳化硅單晶的難度在于：
①碳化硅單晶生長設(shè)備設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。碳化硅長晶爐是晶體制備的載體，也是晶體生長核心技術(shù)中的熱場(chǎng)和工藝的重要組成部分。針對(duì)不同尺寸、不同導(dǎo)電性能的碳化硅單晶襯底，碳化硅長晶爐需要實(shí)現(xiàn)高真空度、低真空漏率等各項(xiàng)性能指標(biāo)，為高質(zhì)量晶體生長提供適合的熱場(chǎng)實(shí)現(xiàn)條件。
②碳化硅粉料合成過程中的環(huán)境雜質(zhì)多，難以獲得高純度的粉料；作為反應(yīng)
源的硅粉和碳粉反應(yīng)不完全易造成Si/C比失衡；碳化硅粉料合成后的晶型和顆粒粒度難控制。
③碳化硅單晶在2,300°C以上高溫的密閉石墨腔室內(nèi)完成“固-氣-固”的轉(zhuǎn)化重結(jié)晶過程，生長周期長、控制難度大，易產(chǎn)生微管、包裹物等缺陷。
④碳化硅單晶包括200多種不同晶型，但生產(chǎn)一般僅需一種晶型，生長過程中易產(chǎn)生晶型轉(zhuǎn)變?cè)斐啥嘈蛫A雜缺陷，制備過程中單一特定晶型難以穩(wěn)定控制，例如目前主流的4H型。
⑤碳化硅單晶生長熱場(chǎng)存在溫度梯度，導(dǎo)致晶體生長過程中存在原生內(nèi)應(yīng)力及由此誘生的位錯(cuò)、層錯(cuò)等缺陷。
⑥碳化硅單晶生長過程中需要嚴(yán)格控制外部雜質(zhì)的引入，從而獲得極高純度的半絕緣晶體或定向摻雜的導(dǎo)電型晶體。對(duì)于射頻器件使用的半絕緣碳化硅襯底，電學(xué)性能需要通過控制晶體中極低的雜質(zhì)濃度及特定種類的點(diǎn)缺陷來實(shí)現(xiàn)。
⑦碳化硅襯底作為莫氏硬度9.2的高硬度脆性材料，加工過程中存在易開裂問題，加工完成后的襯底易存在翹曲等質(zhì)量問題；為了達(dá)到下游外延開盒即用的質(zhì)量水平，需要對(duì)碳化硅襯底表面進(jìn)行超精密加工，以降低表面粗糙度、表面平整度并達(dá)到嚴(yán)苛的金屬、顆粒控制要求。
碳化硅襯底及下游外延、器件成本降低的需求驅(qū)動(dòng)碳化硅制備技術(shù)往更大的晶體尺寸、更優(yōu)的襯底質(zhì)量、更高的生長速率發(fā)展。
中金企信國際咨詢公布《2021-2027年中國碳化硅單晶市場(chǎng)專項(xiàng)調(diào)查分析及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》
（2）碳化硅襯底制備技術(shù)水平發(fā)展?fàn)顩r及未來發(fā)展趨勢(shì)：
①擴(kuò)大襯底尺寸的技術(shù)要求：襯底直徑是衡量晶體制備水平的重要指標(biāo)之一，也是降低下游芯片制備成本的重要途徑。擴(kuò)徑技術(shù)，即如何從小尺寸碳化硅單晶制備出更大尺寸的碳化硅單晶。
導(dǎo)電型碳化硅襯底以6英寸為主，8英寸襯底開始發(fā)展；半絕緣碳化硅襯底以4英寸為主，目前逐漸向6英寸襯底發(fā)展。6英寸襯底面積為4英寸襯底的2.25倍，相同的晶體制備時(shí)間內(nèi)襯底面積的倍數(shù)提升帶來襯底成本的大幅降低，與此同時(shí)，單片襯底上制備的芯片數(shù)量隨著襯底尺寸增大而增多，單位芯片的成本也即隨之降低。
隨著尺寸的增大，碳化硅單晶擴(kuò)徑技術(shù)的要求越來越高。擴(kuò)徑技術(shù)需要綜合考慮熱場(chǎng)設(shè)計(jì)、擴(kuò)徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、晶體制備工藝設(shè)計(jì)等多方面的技術(shù)控制要素，最終實(shí)現(xiàn)晶體迭代擴(kuò)徑生長，從而獲得直徑達(dá)標(biāo)的高質(zhì)量籽晶，繼而實(shí)現(xiàn)后續(xù)大尺寸籽晶的連續(xù)生長。
②改進(jìn)電學(xué)性能：
A、半絕緣型碳化硅襯底的高電阻率：半絕緣襯底制備工藝主要通過去除晶體中的各種雜質(zhì)，特別是淺能級(jí)雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)晶體的本征高電阻率。
由于PVT法制備碳化硅襯底的高溫物理?xiàng)l件下，生長反應(yīng)腔室內(nèi)的碳化硅粉料、石墨材料等都會(huì)釋放出雜質(zhì)并生長進(jìn)入晶體中，從而影響晶體的純度和電學(xué)性能。同時(shí)為了保證純度，制備所需的關(guān)鍵反應(yīng)物料的純度要求也較高。
隨著半絕緣型碳化硅襯底制備技術(shù)發(fā)展，使得碳化硅襯底純度、晶體質(zhì)量和電阻率不斷提高，從而為器件性能的提升奠定了材料基礎(chǔ)。目前，半絕緣型碳化硅襯底領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)普遍將電阻率穩(wěn)定控制在108Ω·cm以上。
B、導(dǎo)電型碳化硅襯底的低電阻率：導(dǎo)電型襯底要求實(shí)現(xiàn)更低的電阻率，可通過在晶體生長過程中引入氮元素，呈現(xiàn)低阻電學(xué)性能。目前，國際領(lǐng)先的碳化硅企業(yè)6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底電阻率在0.015-0.028Ω·cm之間，相應(yīng)器件性能提升的需求則往往對(duì)襯底電阻率提出更嚴(yán)苛的要求。
導(dǎo)電型碳化硅晶體的電阻率會(huì)存在分布不均勻的情況，具體表現(xiàn)為：徑向上的電阻率呈現(xiàn)為中心電阻率值低、邊緣電阻率值高的特點(diǎn)，軸向上則呈現(xiàn)出生長前期低、后期高的特征。由于電阻率直接影響器件的導(dǎo)通特性，因此，獲得低阻值、襯底面內(nèi)電阻率徑向分布均勻、不同襯底間電阻率值一致的導(dǎo)電襯底是實(shí)現(xiàn)功率器件性能優(yōu)異的技術(shù)需求。
③降低微管密度：碳化硅晶體中最重要的結(jié)晶缺陷之一是微管，微管是延伸并貫穿整個(gè)晶棒的中空管道。微管的存在對(duì)于器件的應(yīng)用是致命的，襯底中的微管存在的密度將直接決定外延層的結(jié)晶質(zhì)量，器件區(qū)存在微管時(shí)將導(dǎo)致器件過高的漏電流甚至器件擊穿，造成器件失效。因此，降低微管密度是碳化硅產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要技術(shù)方向。隨著微管缺陷改進(jìn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，國際領(lǐng)先的碳化硅企業(yè)可以將微管密度穩(wěn)定地控制在1cm-2以下。
中金企信國際咨詢公布《2021-2027年中國碳化硅市場(chǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及發(fā)展前景投資預(yù)測(cè)報(bào)告》
（3）產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況與未來發(fā)展趨勢(shì)2018年，中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議重新定義了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，把5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)定義為“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”，即“新基建”。2020年以來，我國加快“新基建”建設(shè)力度，明確新基建涉及“5G基站建設(shè)、特高壓、城際高速鐵路和城際軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”等七大領(lǐng)域。
中金企信國際咨詢公布《2021-2027年中國碳化硅器件行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展分析及投資戰(zhàn)略前景預(yù)測(cè)報(bào)告》
隨著5G基站建設(shè)、電動(dòng)汽車、充電樁、特高壓、城際高速鐵路等行業(yè)發(fā)展，半導(dǎo)體器件的性能也需要持續(xù)提升，即更高的工作電壓、更高的工作頻率、更高的效率、更高的工作溫度、更強(qiáng)的散熱能力和更高的可靠性。目前，我國在5G通信、電動(dòng)汽車等新興產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模等方面都處于國際優(yōu)勢(shì)地位，將促進(jìn)我國上游半導(dǎo)體行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步提高國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)在國際市場(chǎng)的影響力，尤其對(duì)碳化硅器件將產(chǎn)生巨大的需求。