SiC需求增长快于供应（内附SiC器件主要供应商）
#111723#宽禁带半导体资料越来越受行业欢送。在碳化硅（SiC）正处于鼎力扩大之时，供给商都在尽力满意SiC功率器件和硅片市场的潜伏需要。比方，Cree打算投资高达10亿美元来扩大其SiC晶圆产能。依据该公司打算，Cree正在创立天下上第一个200毫米（8英寸）SiC晶圆厂，但从现在来讲，150毫米（6英寸）仍将是主流的SiC晶圆尺寸。除此之外，别的半导体系造商也在裁减其150mm SiC的产量。
SiC凸起有几大缘由。与传统的硅基功率半导体器件比拟，SiC存在10倍的击穿场强和3倍的导热率，十分合适高压利用，如电源和太阳能逆变器。SiC的宏大市场机会是电动汽车。
Wolfspeed高等电源产物司理Guy Moxey曾表现，“碳化硅有着宏大的市场需要，它不但仅表现在电动汽车和充电基本设备的普遍利用，在上游电力，干净动力电力调配上，对于碳化硅都是一个充斥机会的市场。”
但是当初，在海内市场放缓的情形下，对SiC器件的需要略有停止。在产物供应端，现在的SiC晶圆厂和产能也只能满意以后的需要。应答潜伏的SiC激增市场，国际半导体大厂是不是该有所表示呢？
由于当初不但电动汽车应用的SiC器件数目在增多，并且在当局提倡环保节能的工业政策下，将来电动汽车的数目将大幅增添。对于SiC供给商而言，这就象征着是潜伏商机，怎样领先规划是处于竞争上风上的主要一环。
笔者近期也留神到一些大厂在SiC晶圆上的扩大举措。如Cree，英飞凌，罗姆等公司在150mm SiC晶圆厂产能上的扩大，并且罗姆和Cree也正动手创立200mm SiC晶圆厂，一些半导体装备供给商也在尽力研发用于SiC出产的新装备。
<h3 style="text-indent: 2em;">甚么是SiC？据Yole称，2017年SiC功率器件营业到达3.02亿美元，比2016年增加22％。依据IHS的数据，估计2018年至2028年，SiC MOSFET市场将增加31％，到2028年到达12.5亿美元。同期，SiC功率模块营业将增加49％，到2028年到达18亿美元。
SiC器件的重要供给商包含：富士机电，英飞凌，Littlefuse，Microchip，三菱机电，安森美，意法半导体，罗姆，东芝和Cree旗下Wolfspeed等。
SiC功率半导体是市场上浩繁范例的功率器件之一。功率半导体是公用晶体管，在体系中充任开关。它们容许电源以“开”状况流畅，“关”状况结束。这些器件可进步效力并最大限制地增加体系中的能量丧失。
咱们晓得，基于硅，功率MOSFET和绝缘栅双极晶体管（IGBT）是市场上重要的功率半导体器件。功率MOSFET用于高达900伏的利用。当先的中端功率半导体器件是IGBT，用于400伏至10千伏的利用。
功率MOSFET和IGBT到达其实践极限就会有能量消耗，这促使须要一些新技巧，即氮化镓（GaN）和SiC功率半导体。GaN和SiC都是宽禁带产物，这象征着它们供给比IGBT和功率MOSFET更快的开关速率和更高的击穿电压。
图：甚么是电源开关？它们是怎样分类的？材料起源：英飞凌
GaN和SiC的毛病是本钱。“咱们开端看到碳化硅更多地用于汽车，”TechInsights剖析师Jim Hines指出。“在汽车利用中不但是要斟酌其技巧更是看它的本钱。假如SiC和其余功率器件能够更具本钱效益，那末它就会成为一个戗风。”
平日，元器件制作商贩卖SiC功率MOSFET和SiC二极管，用于600伏至10千伏利用。SiC功率MOSFET是功率开关晶体管。二极管起到单导游通的感化。
从2005年开端，该行业开端在100mm（4英寸）晶圆厂中增添SiC功率器件。而后，从2016年到2017年，SiC器件制作商实现了从100mm到150mm晶圆厂的迁徙。现在，150mm是SiC的主流晶圆尺寸。
150mm晶圆厂处理了本钱成绩。当改变到新的晶圆尺寸时，每个晶圆的裸片数目将增添2.2倍。更大的晶圆尺寸下降了团体出产本钱。而这类改变并不轻易。
现在，一些SiC供给商依然在尽力应答150毫米的产量。当处置SiC资料时，晶片和器件中会呈现位错和晶格缺点。乃至一些制作商会呈现产量降落的影响。
虽然面对挑衅，但因为对电动汽车，电源和太阳能逆变器的需要，碳化硅器件市场在2015年阁下开端升温。2017年，当特斯拉开端在其电动汽车中应用意法半导体的碳化硅功率器件用于牵引逆变器时，市场失掉了推进。牵引逆变器为电念头供给牵引力以推动车辆。
同时，其余电动汽车制作商应用更廉价的IGBT用于牵引逆变器，但特斯拉证实SiC是一种可行的处理计划。SiC功率半导体也用于电动车辆的其余部件，比方车载充电器。
从2015年到2018年，SiC和其余电力半导体处于微弱增加周期，致使市场缺乏。但在2018岁终，海内和其余地域的市场降温。现在，碳化硅市场供需坚持均衡。
<h3 style="text-indent: 2em;">SiC晶圆厂，装备需要曾经开端增加。比方，比亚迪，特斯拉等公司，意法半导体估计其SiC收入将翻一番，并在往年到达2亿美元。
为了满意需要，SiC供给商正在扩建其晶圆厂或扩展晶圆产能。比方，Cree将在2024年之前将其SiC晶圆厂产能扩展至30倍。它还将使其SiC资料产量增添30倍。
“咱们持续看好汽车和通讯基本设备范畴，以应用碳化硅的上风来推进其翻新。但是，对碳化硅的需要早已超越现有供给量，”Cree首席履行官Gregg Lowe表现，“咱们信任这将使咱们可能在将来五年及更长时光内满意Wolfspeed碳化硅资料和装备需要的预期增加。”
一段时光以来，Cree始终在扩展其150毫米晶圆厂产能。另外，Cree正在推动下一个200mm的SiC晶圆尺寸。依据IHS的说法，最早的200毫米SiC晶圆厂直到2022年才会投入出产。
与此同时，罗姆客岁在新大楼内宣布了150毫米晶圆厂扩建打算。总的来讲，罗姆将在2025年将其SiC出产才能进步16倍，总投资额为5.461亿美元。
另一家供给商Infineon也在出产其150mm晶圆的SiC器件。英飞凌高等总监Peter Friedrichs表现。“短期和中期150mm就充足了。但是，从久远来看，须要200mm来推进并下降本钱。”
SiC的忽然激增扩产令供给链真个装备商大感惊呼。多年来，装备行业始终为SiC供给商供给效劳，重要是应用旧的或创新的制作装备。
对于SiC，装备供给商正在开辟150mm和200mm的制作装备。平日，能够改装150mm制作装备以支持200mm。
固然200mm SiC晶圆厂不会在一段时光内投入出产，但装备行业须要为它们做好筹备。“明天的挑衅是下一次向200mm SiC器件制作过渡，” Lam Research策略营销高等主管David Haynes说。“与IGBT技巧比拟，采取200mm出产有可能下降单元芯片价钱，进步SiC处理计划的经济性，同时开放更进步的工艺东西，增添工艺才能并与硅晶圆厂兼容。”
向200mm的改变给SiC带来了一些挑衅。“现在的150mm SiC衬底依然存在一些技巧缺点，” KLA产物营销司理Mukund Raghunathan说。“开辟200mm将会是一个行业挑衅。”
SiC不是一种在工场中处置的简略资料。“它的通明度和高折射率使其成为一种十分存在挑衅性的资料，用于检讨可能会影响外延成长或终究器件产量的名义缺点。SiC衬底上最罕见的缺点范例包含微管，划痕，凹坑，名义颗粒，污渍和晶体堆垛层错，”Raghunathan说。“微管是一种螺旋（螺旋）错位，会影响装备机能。固然很多SiC基板制作商曾经优化了它们的成长进程以下降微管密度，但仍是有人仍在尽力处理这个成绩，特殊是在直径较大的150mm晶圆上。”
荣幸的是，装备制作商已开辟出用于处置SiC的检测和计量东西。同时，一旦制成SiC晶片，衬底就被转运至工场，在那边它们被加工成器件。
“不管器件是以150mm仍是200mm制作，与硅比拟，SiC等强粘接资料的加工都市带来一些挑衅，”Lam Haynes表现。“特殊是，通过准确的表面把持，名义品质和高产量蚀刻SiC是实现从立体SiC MOSFET到SiC沟槽MOSFET架构过渡所需的要害要素。”
而后，在器件中的晶片上处置器件以后，将它们切割并封装。切割进程带来了一些挑衅。“碳化硅是地球上第三种最硬的复合资料，莫氏硬度为9.5，” Veeco产物营销总监Meng Lee表现。“晶圆十分难以切割，由于它们几近与它们切割的金刚石砂轮一样坚固。这些晶圆在切割进程中也很脆，易碎，致使刀片疾速磨损。
<h3 style="text-indent: 2em;">SiC晶圆能够确定的是，SiC晶圆也很主要。“对于SiC来讲，要取得硅片市场份额，SiC半导体器件须要下降价钱。SiC装备的均匀售价基础上取决于SiC晶圆的本钱，并且在从前三年中这些产物的降落速率还不敷快，“IHS Eden剖析说。
有两品种型的SiC晶圆供给商——垂直整合和第三方。Wolfspeed，意法半导体和罗姆是垂直整合的。Wolfspeed不但为本人的功率半导体供给SiC晶圆，并且还将它们出卖给其余人。英飞凌和意法半导体近来与Wolfspeed / Cree签订了晶圆供给协定。
罗姆贩卖功率器件，并具有外部SiC晶圆制作单位。其次，为了取得更多供给，意法半导体近来收购了Norstel（一家SiC晶圆供给商）的大部份股分。另外，II-VI，陶氏，昭和电工，住友和其余公司成为第三方SiC晶圆供给商。
总结：简而言之，电动汽车等高压利用激发了SiC缺乏和价钱上涨的惊恐。现现在大少数SiC晶圆供给商都在尽快扩展其出产才能以满意市场潜伏需要。能够说，SiC供给链正在为电动汽车和其余行业的需要海潮做筹备。
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