半导体技术有限公司于2018年9月21日在广州南沙自贸区成立，是一家集碳化硅单晶材料研发、生产与销售于一体的国家高新技术企业；目前产品包括6英寸、8英寸N型碳化硅产品以及6英寸半绝缘型碳化硅产品。
公司以山东大学近年来研发的最新碳化硅单晶生长和衬底加工技术成果为基础，同山东大学开展全方位产学研合作。
主要从碳化硅概述、8英寸SiC的优势、市场需求、发展状况、制备难点以及制备过程等方面给大家做了详细介绍。杨总指出我国8英寸SiC发展进入快车道；需要上下游通力合作，抢抓机遇，提升国产8英寸SiC材料和器件的技术成熟度抢占市场份额，实现国产化。目前我们搭建有碳化硅产业链交流群，欢迎大家识别下方二维码，关注公众号，通过底部菜单申请加入。
一、 碳化硅概述
1、 碳化硅的发展由来
被誉为世界上第4大重要发明的半导体，其重要性不言而喻。生活中的手机、电视、电脑、汽车等电子产品、设备都与半导体无不相关。而半导体产业的基础是半导体材料，随着半导体产业的发展,半导体材料也在逐渐发生变化,已经从第一代半导体材料过渡到第三代半导体材料。
半导体材料发展趋势
第三代半导体材料又被称为宽禁带高温半导体材料，主要包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）等，优点是禁带宽度大（>2.2ev）、击穿电场高、热导率高、抗辐射能力强、发光效率高、频率高，不会产生砷化镓（GaAs）、镓离子、铟离子等污染物，常用于高温、高频、抗辐射及大功率器件。
2、碳化硅的应用
N型碳化硅衬底产品的应用
半绝缘型碳化硅衬底产品的应用
2011年，科锐（Cree，已更名为Wolfspeed）公司推出全球首款碳化硅功率半导体——SiC MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。5年后，特斯拉发布第四款车型Model 3, 该车型的主逆变器安装了24个意法半导体（ST）公司生产的SiC MOSFET功率模块。此后，SiC不仅成为半导体厂商激烈涌进的热门赛道，也在全球新能源车市场加速上车。
SiC MOSFET与Si基IGBT相比主要有减少整车重量，降低成本以及降低损耗，提升续航能力的优势，所以在新能源汽车上有着应用优势，主要应用在主驱逆变器、车载充电系统、电源转化系统等，随着新能源市场规模的增长，将会带动碳化硅器件的需求增长，据预测，到2025年中国新能源车SIC/GAN市场规模将达到45.9亿元。
新能源汽车用功率器件市场规模预测
3、市场规模
全球碳化硅衬底市场规模 单位: 亿美元
据预测全球SiC功率器件市场规模到2026年将达到45亿美元，2020年到2026年的年复合增长率将达到36%。
据预测全球SiC射频器件市场规模到2026年将达到22.2亿美元，2020年到2026年的年复合增长率将达到17%。
数据来源Yole
在新能源产业强劲需求下，全球SiC产业步入高速成长期，SiC衬底目前整体处于供不应求的状态。
二、 8英寸SiC
1、 8英寸SiC优势
相比于6英寸衬底，同等条件下从8英寸衬底切出的芯片数会提升将近90%。相比于6英寸衬底，8英寸单片衬底制备的器件成本降低30%左右。
数据来源wolfspeed
2、8英寸SiC市场需求
按晶圆尺寸划分的SiC衬底市场 数据来源CASA
2020-2030年SiC市场尺寸需求占比 数据来源CASA
3、8英寸SiC发展状况
Cree 200mm SiC衬底应力图
全球首家8inch SiC晶圆制造厂是Wolfspeed，于2022年4月建成投产。
2017年II-VI 的200mm SiC
业界将SiC产业链降本增效目标锁定在8英寸衬底上。国外大厂：加速推进，产能提升，抢占先机；
2022年，Wolfspeed率先量产8英寸SiC衬底，投资13亿美元，在北卡罗来纳州新建8英寸SiC衬底工厂，使SiC产能增加10倍以上；
2022年，II-VI扩建宾夕法尼亚工厂，投资64亿元，衬底产能增加6倍2027年年产100万片；
2022年，ST在意大利卡塔尼亚新建SiC衬底工厂，总投资7.3亿欧元，年产能37万片以上，实现40%的自主供应；
2022年，Onsemi 哈德逊SiC工厂完成扩建，衬底产能扩充5倍，制备出8寸衬底样品，25年规模出货；
2022年，日本的昭和电工、Mipox等共同发起了8英寸SiC衬底项目，总预算约为258亿日元(约14亿元人民币)；
2022年，英飞凌将大幅扩建其位于马来西亚居林的工厂，从而建成世界上最大的 8英寸SiC功率晶圆厂
国内8英寸进展：
从2022年开始，目前已有十余家企业与机构公布8英SiC衬底开发成功，处于研发或小批量验证阶段，急需提升技术成熟度，加快量产进程。
山东大学SiC的研发历程
4、8英寸4H-SiC晶体制备难点
为应对这些难点，南砂晶圆通过自主研发设备提高制备良率。单晶炉已更迭到第五代，第五代专用于8英寸生长。
5、 制备过程
8英寸SiC籽晶制备
温场、流场及其演化，设计合适的温场及边界条件，实现大尺寸SiC单晶衬底热应力控制。
大尺寸体系下温场/流场耦合研究，控制晶体生长界面连续，促进稳定的台阶流生长。
8英寸单晶衬底制备
制备了8英寸导电型4H-SiC晶体，加工出了8英寸4H-SiC村底。经拉曼测试，无6H和15R等多型，4H晶型面积比例达到100%，实现了8英寸4H-SiC单一晶型控制。
8英寸导电型4H-SiC衬底微管分布
继续送代优化，减少了6英寸以外的扩径区域的微管缺陷数量，8英寸村底微管密度稳定控制在0.1cm-2以下与6英寸衬底量产水平一致。
8英寸衬底电阻率均匀性
8英寸导电型4H-SiC衬底电阻率分布
迭代优化温场均匀性，提升掺杂均匀性，8英寸SiC衬底电阻率均匀性进一步提升。
8英寸衬底结晶质量
(004)衍射面的5点摇摆曲线均为近对称的单峰，半峰宽平均值32.7弧秒，应力均匀分布，表明8英寸SiC衬底具有良好的结晶质量。
8英寸衬底位错缺陷
8英寸SiC村底要实现量产，提升市场份额，需要进一步降低位错缺陷密度，尤其是对器件性能影响较大的TSD和BPD。
生长腔温度梯度产生的热应力、籽晶表面状态和N浓度富集等原因导致位错增殖；
位错间相互作用或转化导致其合并或湮灭。
8英寸衬底：OTSD缺陷
8英寸衬底BPD缺陷控制
8英寸村底 (500um)面型参数控制
面型参数控制(350um8英寸衬底
8英寸半绝缘SiC衬底制备
南砂晶圆基于山东大学在半绝缘SiC衬底方面研究特色，开展了8英寸半绝
缘SiC单晶生长研究探索工作，制备出了不开裂的8英寸半绝缘SiC单晶衬底，整片面积电阻率大于1E10Ω·cm。
三、结论
原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：南砂晶圆：八英寸SiC单晶的研究进展