N型碳化硅襯底材料是支撐電力電子行業(yè)發(fā)展必不可少的重要材料。其耐高壓、耐高頻等突出的物理特性可以廣泛應用于大功率高頻電子器件、電動汽車PCU、光伏逆變、軌道交通電力控制系統(tǒng)等領(lǐng)域,起到減小體積簡化系統(tǒng),提升功率密度的作用,發(fā)光二極管(LED)是利用半導體中電子與空穴復合發(fā)光的一種電子元器件,是一種節(jié)能環(huán)保的冷光源。SiC材料具有與GaN晶格失配小、熱導率高、器件尺寸小、抗靜電能力強、可靠性高等優(yōu)點是GaN系外延材料的理想襯底,由于其良好的熱導率,解決了功率型GaN-LED器件的散熱問題,特別適合制備大功率的半導體照明用LED,這樣提高了出光效率,又能有效的降低能耗。SiC的基本結(jié)構(gòu)單元是Si-C四面體,屬于密堆積結(jié)構(gòu)。上海碳化硅襯底led
碳化硅(SiC)半導體器件在航空、航天探測、核能開發(fā)、衛(wèi)星、石油和地熱鉆井勘探、汽車發(fā)動機等高溫(350~500oC)和抗輻射領(lǐng)域具有重要應用; 高頻、高功率的碳化硅(SiC)器件在雷達、通信和廣播電視領(lǐng)域具有重要的應用前景;(目前航天和下屬的四家院所已有兩家開始使用,訂貨1億/年,另兩家還在進行測試,在航天宇航碳化硅器件是不可取代的,可以抵御太空中強大的射線輻射及巨大的差,在核戰(zhàn)或強電磁干擾作用的時候,碳化硅電子器件的耐受能力遠遠強于硅基器件,雷達、通信方面有重要作用廣州碳化硅襯底進口n型在現(xiàn)已開發(fā)的寬禁帶半導體中,碳化硅(SiC)半導體材料是研究**為成熟的一種。
碳化硅襯備技術(shù)包括PVT法(物相傳輸法)、溶液法和HTCVD法(高溫氣相化學沉積法)等,目前國際上基本采用PVT法制備碳化硅單晶。SiC單晶生長經(jīng)歷3個階段,分別是Acheson法、Lely法、改良Lely法。利用SiC高溫升華分解特性,可采用升華法即Lely法來生長SiC晶體,它是把SiC粉料放在石墨坩堝和多孔石墨管之間,在惰性氣體(氬氣)環(huán)境溫度為2500℃的條件下進行升華生長,可以生成片狀SiC晶體。但Lely法為自發(fā)成核生長方法,較難控制所生長SiC晶體的晶型,且得到的晶體尺寸很小,后來又出現(xiàn)了改良的Lely法,即PVT法(物相傳輸法),其優(yōu)點在于:采用SiC籽晶控制所生長晶體的晶型,克服了Lely法自發(fā)成核生長的缺點,可得到單一晶型的SiC單晶,且可生長較大尺寸的SiC單晶。
相同規(guī)格的碳化硅基MOSFET與硅基MOSFET相比,其尺寸可大幅減小至原來的1/10,導通電阻可至少降低至原來的1/100。相同規(guī)格的碳化硅基MOSFET較硅基IGBT的總能量損耗可降低70%。碳化硅功率器件具有高電壓、大電流、高溫、高頻率、低損耗等獨特優(yōu)勢,將極大提高現(xiàn)有使用硅基功率器件的能源轉(zhuǎn)換效率,未來將主要應用領(lǐng)域有電動汽車/充電樁、光伏新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)等。市場空間:據(jù) Yole 統(tǒng)計,2020 年 SiC 碳化硅功率器件市場規(guī)模約 7.1 億美元,預計 2026 年將增長至 45 億美元,2020-2026 年 CAGR 近 36%。其中,新能源汽車是 SiC 功率器件下游重要的應用市場,預計需求于 2023 年開始快速爆發(fā)。采用碳化硅作襯底的LED器件亮度更高、能耗更低、壽命更長、單位芯片面積更小。
碳化硅襯底可分為兩類:一類是具有高電阻率(電阻率≥105Ω·cm)的半絕緣型碳化硅襯底,另一類是低電阻率(電阻率區(qū)間為15~30mΩ·cm)的導電型碳化硅襯底。國內(nèi)供需仍存缺口,有效產(chǎn)能不足。我國2020年碳化硅導電型襯底產(chǎn)能約40萬片/年(約當4英寸)、外延片折合6英寸22萬片/年、器件26萬片/年;半絕緣型襯底折算4英寸產(chǎn)能近18萬片/年。受限于良率及技術(shù)影響,目前國內(nèi)實際項目投產(chǎn)較為有限,實際產(chǎn)能開出率較低。隨著新能源汽車、5G等下游應用市場的快速起量,國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品供給無法滿足需求,目前第三代半導體主要環(huán)節(jié)國產(chǎn)化率仍然較低,超過80%的產(chǎn)品要靠進口。碳化硅功率器件更突出的潛力是在超高耐壓大容量功率器件(HVPD)領(lǐng)域。成都半絕緣碳化硅襯底
碳化硅半導體是新一代寬禁帶半導體。上海碳化硅襯底led
為提高生產(chǎn)效率并降低成本,大尺寸是碳化硅襯備技術(shù)的重要發(fā)展方向。襯底尺寸越大,單位襯底可制造的芯片數(shù)量越多,單位芯片成本越低。襯底的尺寸越大,邊緣的浪費就越小,有利于進一步降低芯片的成本。在半絕緣型碳化硅市場,目前主流的襯底產(chǎn)品規(guī)格為4英寸。在導電型碳化硅市場,目前主流的襯底產(chǎn)品規(guī)格為6英寸。在8英寸方面,與硅材料芯片相比,8英寸和6英寸SiC生產(chǎn)的主要差別在高溫工藝上,例如高溫離子注入,高溫氧化,高溫等,以及這些高溫工藝所需求的硬掩模工藝等。根據(jù)中國寬禁帶功率半導體及應用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的預測,預計2020~2025年國內(nèi)市場的需求,4英寸逐步從10萬片市場減少到5萬片,6英寸晶圓將從8萬片增長到20萬片;2025~2030年:4英寸晶圓將逐漸退出市場,6英寸晶圓將增長至40萬片。上海碳化硅襯底led
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