一、半导体衬底材料的发展进程
注意:
虽然相较于前两代材料,碳化硅具有耐高压、耐高温、低损耗等优越性能,广泛应用于制作高温、高频、大功率和抗辐射电子器件。但是当前半导体材料各自下游应用领域的重合度并不高,因此不同半导体材料之间并非代际迭代关系。
二、各类衬底材料的性能参数及优势
项目 | 单元素半导体 (第一代半导体材料) | Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体 (第二代半导体材料) | 宽禁带半导体 (第三代半导体材料) | |||
硅 | 锗 | 砷化镓 | 磷化铟 | 氮化镓 | 碳化硅 | |
化学式 | Si | Ge | GaAs | InP | GaN | SiC |
禁带宽度(eV) | 1.12 | 0.7 | 1.4 | 1.3 | 3.39 | 3.26 |
能带跃迁类型 | 间接 | 间接 | 直接 | 直接 | 直接 | 直接 |
击穿电场( MV/cm ) | 0.3 | - | 0.4 | 0.5 | 3.3 | 3 |
饱和电子速度( 10^6 cm/s) | 10 | 6 | 20 | 22 | 22 | 20 |
电子迁移率( cm^2 /V·s) | 1200 | 3800 | 6500 | 4600 | 1250 | 800 |
空穴迁移率( cm^2 /V·s) | 420 | 1400 | 320 | 150 | 250 | 115 |
热导率(W/cm·K) | 1.5 | 0.6 | 0.5 | 0.7 | 1.3 | 4.9 |
特点 | 储量大、价格 便宜 | 电子迁移率、 空穴迁移率高 | 光电性能好、耐热、 抗 辐射 | 导热性好、光电转换效 率高、光纤传输效率高 | 高频、耐高温、大功率 | |
制造成本 | 低 | 较低 | 高 | 较高 | 非常高 |
资料来源:北京通美招股说明书
三、碳化硅半导体材料
l第三代半导体性能优越,应用场景更广:
半导体材料作为电子信息技术发展的基础,经历了数代的更迭。随着应用场景提出更高的要求,以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料逐渐进入产业化加速放量阶段,广泛应用于制作高温、高频、大功率和抗辐射电子器件。
资料来源:Wolfspeed 投资者报告,海通国际
l碳化硅材料的优势分析:
四、碳化硅晶片工艺流程
碳化硅衬底是由高纯硅、碳粉经过合成成 SiC 微粉后,通过物理气相沉积法(PVT)生长成为晶锭,之后加工得到标准直径尺寸的碳化硅晶体,再经过切磨抛工艺获得表面无损伤的碳化硅抛光片,最后对其进行检测、清洗形成可交付下游外延厂商使用碳化硅衬底。
资料来源:Wolfspeed 投资者报告,海通国际
五、第三代半导体材料产业链
资料来源:Wolfspeed 投资者报告,海通国际
资料来源:北京通美招股说明书
六、我国第三代半导体企业分布地图
数据来源:CASA Research
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