【中國傳動(dòng)網(wǎng) 行業(yè)動(dòng)態(tài)】 相較于硅（Si），采用碳化硅（SiC）基材的元件性能優(yōu)勢十分的顯著，尤其是在高壓與高頻的性能上，然而，這些優(yōu)勢卻始終未能轉(zhuǎn)換成市場規(guī)模，主要的原因就出在碳化硅晶圓的制造和產(chǎn)能的不順暢。

由于碳化硅需要在2000°C以上高溫（硅晶僅需在1500°C），以及350MPa以上才能達(dá)成。若透過添加一些特殊的助燒劑，或者氣體沉積的方式，則可使碳化硅燒成溫度降到2000°C左右，且在常壓就能進(jìn)行。

依據(jù)目前的硅晶業(yè)者的生產(chǎn)情況，一般而言，生產(chǎn)8吋的硅晶棒，需要約2天半的時(shí)間來拉晶，6吋的硅晶棒則需要約一天。接著，待晶棒冷卻之后，再進(jìn)行晶圓的切片和研磨。

至于碳化硅晶圓，光長晶的時(shí)間，就約需要7至10天，而且生成的高度可能只有幾吋而已（硅晶棒可達(dá)1至2米以上），再加上后續(xù)的加工制程也因?yàn)橛捕鹊挠绊懚鄬?duì)困難，因此其產(chǎn)能十分有限，品質(zhì)也不穩(wěn)定。

「由于碳化硅的生產(chǎn)瓶頸尚未解決，原料晶柱的品質(zhì)不穩(wěn)定，造成整體市場無法大規(guī)模普及。」瀚天天成電子科技銷售副總裁司馬良亮，一語點(diǎn)出目前的市場困境。

司馬良亮表示，相較于硅晶，碳化硅的功能性更好，在導(dǎo)熱、延展性和導(dǎo)電性方面都有很好的表現(xiàn)，投入的業(yè)者也很多。但幾年過去，市場規(guī)模依舊十分有限，并沒有出現(xiàn)大的進(jìn)展，主要的原因就在于原料晶柱的品質(zhì)不穩(wěn)定，造成沒有足夠的晶圓來供應(yīng)市場。

「只要長晶過程中的溫度和壓力有一些失誤，那好幾天的心血可能就都會(huì)為烏有?！顾抉R良亮說。

目前全球僅約有三、四家業(yè)者（Cree、Norstel、新日鐵住金等）能提供穩(wěn)定的產(chǎn)量。中國雖然已著手自產(chǎn)，但在品質(zhì)方面尚未能趕上美日，因此全球的產(chǎn)能仍十分有限，目前市場也仍是處于短缺的狀況。

SiC晶圓生長，難在哪里？

在現(xiàn)已開發(fā)的寬禁帶半導(dǎo)體中，碳化硅（SiC）半導(dǎo)體材料是研究最為成熟的一種。SiC半導(dǎo)體材料由于具有寬禁帶、高擊穿電場、高熱導(dǎo)率、高飽和電子遷移率以及更小的體積等特點(diǎn)，在高溫、高頻、大功率、光電子以及抗輻射器件等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

碳化硅的應(yīng)用范圍十分廣泛：由于具有寬禁帶的特點(diǎn)，它可以用來制作藍(lán)色發(fā)光二極管或幾乎不受太陽光影響的紫外線探測器；由于可以耐受的電壓或電場八倍于硅或砷化鎵，特別適用于制造高壓大功率器件如高壓二極管、功率三極管、可控硅以及大功率微波器件；由于具有高飽和電子遷移速度，可制成各種高頻器件(射頻及微波)；碳化硅是熱的良導(dǎo)體,導(dǎo)熱特性優(yōu)于任何其它半導(dǎo)體材料，這使得碳化硅器件可在高溫下正常工作。

和現(xiàn)行主流的硅(Si)制電源控制芯片相比，SiC制電源控制芯片擁有更優(yōu)異的耐高溫、耐電壓和大電流特性。而除了原有的電源用途之外，SiC電源控制芯片也加快應(yīng)用至車用用途。除鐵道車輛的逆變器(inverter)模組之外，在需求急速成長的電動(dòng)車(EV)市場上，車用充電器及急速充電站也持續(xù)轉(zhuǎn)用SiC電源控制芯片。

在SiC制備過程中，晶圓生產(chǎn)是一個(gè)很艱難的操作。

目前已在使用的長晶技術(shù)則包含高溫化學(xué)氣象沉積法（HTCVD），與高溫升華法（HTCVT）兩種。

以臺(tái)灣磊拓科技所代理的設(shè)備為例，旗下代理的PVATePla品牌的SiCube單晶長晶爐，能夠提供HTCVD和HTCVT這兩種長晶法，其工作溫度皆需2600°C，而工作壓力則落在5至900mbar。

雖然有長晶設(shè)備，但碳化硅晶圓的生產(chǎn)仍是十分困難，不僅是因?yàn)楫a(chǎn)能仍十分有限，而且品質(zhì)十分的不穩(wěn)定。

圖1:碳化硅與硅晶的生產(chǎn)條件比較。（制圖/CTIMES）

以目前良率最高的HTCVD法為例，它是以攝氏1500至2500度的高溫下，導(dǎo)入高純度的硅烷（silane；SiH4）、乙烷（ethane）或丙烷（propane），或氫氣（H2）等氣體，在生長腔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，先在高溫區(qū)形成碳化硅前驅(qū)物，再經(jīng)由氣體帶動(dòng)進(jìn)入低溫區(qū)的籽晶端前沉積形成單晶。

然而，HTCVD技術(shù)必須精準(zhǔn)的控制各區(qū)的溫度、各種氣體的流量、以及生長腔內(nèi)的壓力，才有辦法得到品質(zhì)精純的晶體。因此在產(chǎn)量與品質(zhì)上仍是待突破的瓶頸。

依據(jù)目前的硅晶業(yè)者的生產(chǎn)情況，一般而言，生產(chǎn)8吋的硅晶棒，需要約2天半的時(shí)間來拉晶，6吋的硅晶棒則需要約一天。接著，待晶棒冷卻之后，再進(jìn)行晶圓的切片和研磨。

至于碳化硅晶圓，光長晶的時(shí)間，就約需要7至10天，而且生成的高度可能只有幾吋而已（硅晶棒可達(dá)1至2米以上），再加上后續(xù)的加工制程也因?yàn)橛捕鹊挠绊懚鄬?duì)困難，因此其產(chǎn)能十分有限，品質(zhì)也不穩(wěn)定。

「由于碳化硅的生產(chǎn)瓶頸尚未解決，原料晶柱的品質(zhì)不穩(wěn)定，造成整體市場無法大規(guī)模普及。」

SiC長晶的困難點(diǎn)除了在石墨坩堝的黑盒子中無法即時(shí)觀察晶體生長狀況外，也因SiC具有200多種生成能皆很相近的晶態(tài)(Polytype)，要在如此嚴(yán)苛的條件下生長出大尺寸、無缺陷、全區(qū)皆為同一晶態(tài)4H（目前元件基板主流），則需要非常精確的熱場控制、材料匹配及經(jīng)驗(yàn)累積。技術(shù)門檻相較于液相長晶法為高。???????