第三代半導體的明日之星-SiC碳化硅

半導體材料與工藝設備

2021年11月18日 17:12

來源：碳化硅SiC半導體材料

作者：漢民

汽車業的世紀革命：電動車

世界第一臺汽車，在1885年問世。汽車產業發展至今，電動車所帶來的世紀革命已然成型。隨著各國的綠能政策推動、碳排放標準的限制，電動車銷售量預估到2030年將達到2200萬輛，市場規模成長近10倍。美國與歐洲，多國政府領袖宣布將于2035年，汽車全面采用干凈能源。

根據統計，2020年，全球汽車與其周邊產業的年產值約為4兆美元，是半導體產業年產值4,250億美元的10倍。一個龐大的電動車市場快速成長，將使傳統汽油動力推動的汽車產業解構，半導體產業將出現巨大新需求。

傳統汽車的耗油率是由引擎決定，未來電動車的續航力則是由第三代半導體SiC技術決定。調研機構Yole Developpement報告指出，自從特斯拉 (Tesla) 領先全球在 Model 3的逆變器模塊上采用SiC，創造優越的續航力，SiC便成為市場寵兒，許多車廠和半導體廠商已如火如荼地在磊晶、組件制造、晶圓制造等供應鏈上垂直整合布局。

漢民SiC制程研發成果及挑戰

漢民科技為了發展第三代半導體，成立SiC部門專責研發SiC技術，自行設計長晶爐 (6’’SiC Furnace)，經過2000℃-2500℃的長時間長晶 (SiC Boule) 完成，晶錠開始定位加工 (SiC Boule Machining)，成為標準圓柱形，接著進行復線切割，移除晶體表面的損傷層 (Slicing/Lapping)，最終利用化學機械研磨 (CMP)，產出粗造度小于0.1奈米、微孔缺陷 (Microp ipe) 密度小于每平方公分0.06個晶圓，目前正朝商業化量產的目標前進。

SiC Manufacturing Process

SiC (n-type) Crystal Quality

SiC市場應用范疇

SiC的寬能隙 (Band Gap) 比現有Si (硅) 的能隙寬度寬3倍以上，可承受10倍以上的電壓，SiC的低損耗、高功率特性適用在高電壓與大電流的應用場域，包含電動車、電動車充電基礎設施、太陽能以及離岸風電等綠能發電設備。第三代半導體材料SiC較傳統Si，能降低50%電能轉換損耗、降低20%的電源轉換成本，還能提升電動車4%的續航能力。

目前的電動車主要是200V-450V的電池動力系統，更高階的車款則將推進到800V的電池動力系統。市場對于延長電池的續航力、增加電池容量，及縮短充電時間等有極大需求，電池將朝高電壓800V的方向發展，這使能承受高電壓的SiC被寄予厚望。根據意法半導體的觀察，只要是800V的電池動力系統，都將會是SiC的市場