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$英唐智控(SZ300131)$英唐微工艺迭代进行时重读第三代半导体碳化硅专家交
$英唐智控(SZ300131)$英唐微工艺迭代进行时重读第三代半导体碳化硅专家交流纪要鸣谢原著：调研纪要摘要：1.碳化硅性能较优，作为功率半导体适用于消费电子、新能源车、轨道交通、电网等领域，能对整个电力系统带来革命性变革；2.市场规模增长较快，新能源车对市场增长影响较大，在高压电力领域有独占优势，也是未来新增的市场空间；3.材料未来有较多发展补足之处，如衬底大小、外延工艺、缺陷程度；设备国内目前国产化率低，尤其是外延设备和检测设备，长晶设备已有一定突破，需要在晶锭厚度上进行改良一、碳化硅基本介绍1.碳化硅应用：作为功率半导体器件，应用于消费电子、新能源汽车、轨道交通、电网2.第三代半导体优势：宽禁带、击穿场强、更强的耐压性、更快的开关速率、更好的导电性（氮化镓有高迁移率，适用于5G领域）3.碳化硅的系统应用会带来革命性变革：1）可以提升整个系统的转化效率，简化并联串联结构；2）降量损耗；3）提升功率密度，帮助解决新能源汽车小型化、轻量化问题；可以做到高电压，单个功率器件理论上可以达到7万伏，目前已研发出3万伏。
4.碳化硅领域划分：低压（600V以下）：以氮化镓为主，主要应用在消费电子，一般用蓝宝石及硅基衬底，有一定性能优势，价格战竞争领域：UPS（碳化硅和硅）、快充（硅/蓝宝石技术路线）中压（600伏~3300V）：以碳化硅为主，应用主要为新能源汽车；高压：3300伏以上应用主要为轨道交通；超高压：应用于配电网，碳化硅独特的应用领域，无其它材料可用，对成本几乎不太关注二、碳化硅市场及应用介绍1.碳化硅电子器件市场规模：2019年在6亿美金左右，2023年达到10亿美金以上，2025年达到20亿美金左右。
新能源汽车是拉动市场需求的最大动力国内应用最好的是比亚迪，其他厂商也在做应用级的开发2.碳化硅在新能源汽车上的应用表现：电力系统小型化，提高功率密度，如特斯拉采用碳化硅，把电力系统体积缩（约40%左右）、减少重量（6-7公斤左右）、提升续航能力（提升10%左右）十四五将带动新能源汽车发展，从而引领碳化硅的应用有一定突破，预期比较乐观3.碳化硅在特高压领域（电力系统）的表现：国内可以做到这种1000千伏水平，电流达到3000安培-5000安培纯粹使用硅要求很多并联串联，可靠性不如碳化硅碳化硅器件可以实现1万伏以上甚至2万伏以上的这种器件，并且是可以实现大的电流三、碳化硅材料及设备的发展1.碳化硅材料及设备简介：与硅相似：单晶、衬底加工、外延、模块、系统与硅不同：1）每个阶段工艺方法不同（硅为直拉法、区熔法；碳化硅为PVT物理气相输运法）；2）生长温度不同（硅1000多度，碳化硅2000度）；3）外延温度不一样（硅1000度，碳化硅1500-1600度）；4）碳化硅需要控制的参数更多、技术难度更高；5）器件加工不同（碳化硅需要高温氧化、和高温离子注入等）晶圆面积：目前以4寸为主，明年4寸与6寸持平，后年以6寸为主，国内较为成熟的厂商为天科合达与山东天岳；国内新建的厂都以6寸为主，8寸正在研发，十四五期间预期能建设出8英寸生产线，国外已经研发成功但还未量产（8寸能有效降低应用成本），未来需要降成本，目前国内PVT生产厚度受到限制（国外做到4公分，国内2公分）设备方面，设计相对简单，国内普遍自己设计然后再找代工，核心工艺为热场。
2.国内各产业链情况：衬底：近几年国内出现了许多新进入厂商，目前市场主要供应商为美国的科瑞和罗姆，国内主要供应商为山东天岳和天科合达，目前产能在扩建，但关键问题在于能否做出高质量产品推广至市场。
外延：国内几家军工所在做，一般借助国外的设备，如LPE、Aixtron、Tel等，因此和国外差距不大，国外昭和电工主要做外延，做得比较好，国内东莞天域做得比较好。
外延设备：目前国内没有成熟的外研设备厂商，工艺难度较大，有几家厂商正在客户验证阶段。
设备发展趋势为单片机向多片机发展，提升生产速率，降低单片成本。
厚度方面1200V~1700V厚度需要控制在10-15微米，高压领域厚度达到100微米，材料厚度、均匀性的控制随着电压不同而不同。
5年前与现在对比生产速率已提高许多，国内技术发展非常快.3.SIC目前存在的缺陷：SiC和Si不同，表面存在微管，对器件的性能影响较大，对于一般的二极管等对材料表面缺陷要求较低，如果要做MOS管，则对缺陷要求较高，国内一直不能做出MOS管也是因为缺陷较大，合格率低，相比二极管95%的合格率，MOS合格率只有60%。
4.目前国内材料的发展情况总结：产能：还需跟上，目前也正在积极扩产外延：国内中压及低压外延水平，在厚度、均匀性、掺杂浓度包括缺陷性方面，都控制得较好，缺陷可以控制到0.2左右，主要指标都可以控制在1%左右，掺杂浓度可以控制到4%左右，因此国内低压领域可以满足二极管、IGBT等要求。
在高压领域需要攻关的是材料，因为对材料要求较高，外延的厚度均匀性以及掺杂浓度要求较高。
目前在研究阶段，外延方面需要40小时1400度高温氧化，但不适用于产业化生产，还需研发产业化技术。
检测：检测设备主要在国外，国内有研究院在做，单晶炉一台设备不到100万，一台检测设备在600~700万，也是国内较为稀缺的设备。
衬底：技术还需优化，晶锭需要更厚，国内只有2毫米，单片切出20片不到，国外能做到4毫米，切出40片；8英寸需要国产化，设备方面：外延领域国产化设备也在开发，辅助材料，如石墨、碳化板等，也是国内的技术瓶颈。
Q&A1、长晶设备等与国外差距在哪些环节？长晶设备和国外差距不大，主要体现在工艺，如热场的设计、石墨图层、碳化板等国内是做不了的，5年前国内就有设备的设计能力，但是不能做到产业化，以前国内设备没有用户验证，因此技术也没有太多改良，未来随着国内衬底、外延生产厂商越来越多，用户情况会得到改进。
2、国内需求及供应水平，会不会供大于求？6寸需求量在15万片左右，明年在20万片左右，十四五期间会达到50万片，4寸需求量在逐步降低；新能源汽车如特斯拉单车需要半片6寸衬底，未来市场很大；目前从建厂到扩产至少要3年左右，产能不会太快释放。
3、国内外龙头厂商之间的差距？国外科锐、Ⅱ-Ⅵ、昭和（外延）、韩国SK，国内衬底市场天科合达、山东天岳、中电二所（烁科），差距在技术水平（2~3年），主要体现在：1）成本，国外晶锭可以切40多片，4毫米左右，国内只有2毫米，切20片左右；2）缺陷，国内缺陷方面还需要控制；3）技术，国外8寸已开始建产线，国内才开始研发。
值得注意的是外延方面差距较小。
设备方面国内有比较强的厂商，天科合达等都是设计完交给这些厂商代工，国外领先的原因主要是时间较长，工艺迭代次数较多。