外延是指在碳化硅衬底上,经过外延工艺生长出特定单晶薄膜。(1)随着器件耐压性能的提高,对应的外延层厚度增加,对厚度和电阻率均匀性以及缺陷密度的控制就变得困难。根据今日半导体数据,一般电压600V左右时,所需外延层厚度约在6微米;电压在1200-1700V时,所需外延层厚度达10-15微米;若电压达到一万伏以上时,可能需要100微米以上的外延层厚度;(2)CVD(化学气相沉积)是外延生长中最常用的方法。国内碳化硅外延技术在高压应用领域受限制,厚度和参杂浓度均匀性是关键的参数。
碳化硅外延市场由Wolfspeed和昭和电工(Showa Denko)双寡头垄断。根据Yole数据,2020年全球碳化硅外延市场中,Wolfspeed占52%,昭和电工占43%,CR2共占95%。国内各厂商加快生产线建设。天域半导体建设碳化硅外延材料研发及产业化项目,预计2025 年竣工并投产,实现营收8.7亿元,2028年全面达产产能100万片/年;瀚天天成二期22年3月竣工验收,23年达产产能为20万/年;三期于22年启动建设,预计达产产能140万片/年。
外延设备是核心,国外厂商垄断。外延设备被行业四大龙头企业德国的Aixtron、意大利的LPE、日本的TEL和Nuflare所垄断,主流SiC高温外延设备交付周期已拉长至1.5-2年左右(TEL因价格和技术IP问题,较少出现在国内市场;Nuflare设备多数交付给Wolfspeed 和II-VI)。根据公司年报及官网,北方华创SiC外延炉已实现量产,截至2022年9月累计订单数超100台;中微公司目前已启动外延生产设备的开发,预计2023年将交付样机至客户端开展生产验证。
苏州鼎旭新能源研究院认为目前碳化硅处于行业快速发展阶段,在功率器件领域替代硅基器件确定性较高,且已经在电网和光伏领域逐步应用,建议关注头部的外延厂商以及外延设备厂商。苏州鼎旭新能源研究院将持续关注相关行业,深入挖掘优质企业,助推先进技术企业快速发展,长期陪伴企业从优秀至卓越。
鼎旭新能源研究院
鼎旭新能源研究院致力于推动新能源产业的科技创新、新能源产业创新指数体系的构建,新能源项目孵化和产业投资,立志通过推动新能源的创新和利用,保障人类的可持续发展。