SiC 與半導體垂直整合的復興，先進 SiC 解決方案的需求不斷增長

碳化硅 (SiC) 半導體在處理高功率和導熱方面比電動汽車 (EV) 系統(tǒng)和能源基礎設施中的傳統(tǒng)硅更有效的能力現(xiàn)已得到廣泛認可。SiC 器件有助于更有效地將電力從電池傳輸?shù)?EV 系統(tǒng)組件中的電機，從而將 EV 的行駛里程增加 5% 至 10%。

第三代半導體性能優(yōu)越，應用場景更廣。半導體材料作為電子信息技術發(fā)展的 基礎，經(jīng)歷了數(shù)代的更迭。隨著應用場景提出更高的要求，以碳化硅、氮化鎵為代 表的第三代半導體材料逐漸進入產(chǎn)業(yè)化加速放量階段。相較于前兩代材料，碳化硅 具有耐高壓、耐高溫、低損耗等優(yōu)越性能，廣泛應用于制作高溫、高頻、大功率和 抗輻射電子器件。

碳化硅器件應用場景廣闊。因其高熱導性、高擊穿電場強度及高電流密度，基 于碳化硅材料的半導體器件可應用于汽車、充電設備、便攜式電源、通信設備、機 械臂、飛行器等多個工業(yè)領域。其應用的范圍也在不斷地普及和深化，是一種應用 前景非常廣泛、非常具有價值的材料。

第三代半導體材料禁帶寬度遠大于前兩代。第一代和第二代半導體都是窄帶隙 半導體，而從第三代半導體開始，寬禁帶(帶隙大于 2.2eV)半導體材料開始被大 量應用。碳化硅作為第三代半導體的典型代表，具有 200 多種空間結構，不同的結 構對應著不同的帶隙值，一般在 2.4eV-3.35eV 之間。碳化硅材料除寬禁帶之外，還 具有高擊穿場強、高飽和漂移速度及高穩(wěn)定性、最大功率等優(yōu)點。

禁帶寬度決定材料特性，寬禁帶提高更好性能。禁帶寬度是衡量半導體性能的 一個重要指標，更寬的禁帶意味著更高的激發(fā)要求，即電子和空穴更難以形成，這 也導致了寬帶隙半導體在不需要工作時可以保持類似絕緣體的特性，這也使得其具 有更好的穩(wěn)定性，寬禁帶同時也有助于提高擊穿電場強度，進而增強對工作環(huán)境的 承受能力，具體體現(xiàn)在具有更好的耐熱性和耐高電壓性、抗輻射性。

同時因?qū)捊麕w系中導帶與價帶間的高能量差，使得電子與空穴被激發(fā)后的復 合率大大降低，這就使得更多的電子和空穴可以用于導電或者傳熱，這也是碳化硅 具有更強的導熱性與導電能力的一個原因。

新的是芯片制造商如何整合從開發(fā)到制造再到封裝的 SiC 供應鏈部分。隨著對先進 SiC 解決方案的需求不斷增長，特別是在汽車市場，一個新的端到端垂直整合供應鏈正在迅速形成。

以下概述了 2022 年的三場行業(yè)事件，展示了 SiC 生態(tài)系統(tǒng)的快速整合和半導體供應鏈的彈性。

新的 SiC 生產(chǎn)設施

2022 年 8 月，onsemi 在新罕布什爾州哈德遜開設了 SiC 工廠，以在供應受限的環(huán)境中建立垂直整合的設置。該生產(chǎn)設施將使 onsemi 全面控制其 SiC 制造供應鏈，從采購 SiC 粉末和石墨原材料到交付完全封裝的 SiC 器件。因此，onsemi 預計到 2022 年底將其產(chǎn)能同比提高五倍，同時將 Hudson 的員工人數(shù)翻兩番。

一個新的碳化硅晶圓廠

2022 年 10 月，從事 SiC 半導體開發(fā)超過 25 年的 STMicroelectronics 宣布將在意大利卡塔尼亞工廠建設 SiC 襯底制造工廠，以支持汽車和工業(yè)應用對 SiC 器件日益增長的需求。SiC 襯底制造設施與卡塔尼亞現(xiàn)有的 SiC 器件制造設施一起建造，將于 2023 年開始生產(chǎn) 150 毫米 SiC 外延襯底。

預計這將使卡塔尼亞成為 SiC 半導體的研究、開發(fā)和制造中心。ST 還暗示將在不久的將來開發(fā) 200 毫米 SiC 晶圓。這家歐洲芯片制造商目前正在其位于卡塔尼亞和新加坡宏茂橋的工廠生產(chǎn)大量STPOWER SiC 產(chǎn)品，而 SiC 組裝和測試則在中國深圳和摩洛哥 Bouskoura 的后端工廠進行。

晶圓供應協(xié)議

射頻和功率半導體供應商 Qorvo 與 SK Siltron CSS 簽署了 SiC 裸晶圓和外延晶圓的多年供應協(xié)議，這也體現(xiàn)了 SiC 襯底的至關重要性。SK Siltron CSS 提供的化合物半導體晶圓解決方案有望增強對 Qorvo第 4 代 SiC FET產(chǎn)品的保護和信心。

隨著SiC襯底的產(chǎn)能建設，2023年很可能成為SiC半導體和功率模塊的元年。