中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近日，據(jù)央廣網(wǎng)等部分媒體的報(bào)道，日本行業(yè)調(diào)研機(jī)構(gòu)富士經(jīng)濟(jì)2月18日發(fā)布報(bào)告顯示，在2023年全球?qū)щ娦吞蓟枰r底材料市場(chǎng)占有率排行中，中國(guó)天岳先進(jìn)（SICC）超過美國(guó)Coherent（原名II-VI），躍居全球第二。另一家中國(guó)公司天科合達(dá)（TankeBlue）則市場(chǎng)份額位列第四。
大家聽到這個(gè)消息之后，通常會(huì)有一種振奮人心的感覺，正如媒體所言：美國(guó)公司占據(jù)全球碳化硅襯底市場(chǎng)絕大部分份額的格局正在被中國(guó)軍團(tuán)打破！我們當(dāng)然希望中國(guó)碳化硅企業(yè)能夠在全球市場(chǎng)中遙遙領(lǐng)先！
全球?qū)щ娦吞蓟枰r底排名
然而，報(bào)道中也指出：在此前的2019-2022年，美國(guó)公司W(wǎng)olfspeed及Coherent一直分別保有第一、第二大市場(chǎng)份額，而中國(guó)公司合計(jì)份額占比較低。那么，天岳先進(jìn)是如何在短短的一年時(shí)間之內(nèi)，超過了全球第四名、第三名、第二名的碳化硅襯底企業(yè)呢？
一位業(yè)內(nèi)人士看了這個(gè)消息之后直搖頭，說“沒有常識(shí)”、“不可能超越”。那么，“常識(shí)”是什么？又為什么“不可能”呢？
碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)技術(shù)難度到底有多大
SiC襯底制備的主要難點(diǎn)
穩(wěn)定量產(chǎn)各項(xiàng)性能參數(shù)指標(biāo)波動(dòng)幅度較低的高品質(zhì)碳化硅晶片的技術(shù)難度很大，據(jù)《中國(guó)碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告（2023～2026）》分析，其難度主要體現(xiàn)在至少以下10個(gè)方面：
①碳化硅粉料合成難度大。合成過程中的環(huán)境雜質(zhì)多，難以獲得高純度的粉料；作為反應(yīng)源的硅粉和碳粉反應(yīng)不完全易造成Si/C比失衡；碳化硅粉料合成后的晶型和顆粒粒度難控制。
②碳化硅單晶生長(zhǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。針對(duì)不同尺寸、不同導(dǎo)電性能的碳化硅單晶襯底，碳化硅長(zhǎng)晶爐需要實(shí)現(xiàn)高真空度、低真空漏率等各項(xiàng)性能指標(biāo)，為高質(zhì)量晶體生長(zhǎng)提供適合的熱場(chǎng)實(shí)現(xiàn)條件。
③碳化硅單晶在2300℃以上高溫的密閉石墨腔室內(nèi)完成“固-氣-固”的轉(zhuǎn)化重結(jié)晶過程，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、控制難度大，易產(chǎn)生微管、包裹物等缺陷。
④碳化硅存在200多種晶體結(jié)構(gòu)類型，其中六方結(jié)構(gòu)的4H型（4H-SiC）等少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)的單晶型碳化硅才是所需的半導(dǎo)體材料，在晶體生長(zhǎng)過程中需要精確控制硅碳比、生長(zhǎng)溫度梯度、晶體生長(zhǎng)速率以及氣流氣壓等參數(shù)，否則容易產(chǎn)生多晶型夾雜，導(dǎo)致產(chǎn)出的晶體不合格。
⑤碳化硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)存在溫度梯度，導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)過程中存在原生內(nèi)應(yīng)力及由此誘生的位錯(cuò)、層錯(cuò)等缺陷。
⑥碳化硅單晶生長(zhǎng)過程中需要嚴(yán)格控制外部雜質(zhì)的引入，從而獲得極高純度的半絕緣晶體或定向摻雜的導(dǎo)電型晶體。
⑦氣相傳輸法下，碳化硅晶體生長(zhǎng)的擴(kuò)徑技術(shù)難度極大，隨著晶體尺寸的擴(kuò)大，其生長(zhǎng)難度工藝呈幾何級(jí)增長(zhǎng)。
⑧碳化硅襯底作為莫氏硬度9.2的高硬度脆性材料，加工過程中存在易開裂問題，加工完成后的襯底易存在翹曲等質(zhì)量問題；為了達(dá)到下游外延開盒即用的質(zhì)量水平，需要對(duì)碳化硅襯底表面進(jìn)行超精密加工，以降低表面粗糙度、表面平整度并達(dá)到嚴(yán)苛的金屬顆粒控制要求。
⑨切片是碳化硅單晶加工過程的第一道工序，決定了后續(xù)薄化、拋光的加工水平，是整個(gè)環(huán)節(jié)的最大產(chǎn)能瓶頸所在。
⑩碳化硅切片的薄化主要通過磨削與研磨實(shí)現(xiàn)，但碳化硅斷裂韌性較低，在薄化過程中易開裂，導(dǎo)致碳化硅晶片的減薄非常困難。
綜合而言，碳化硅單晶生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、控制難度大，易產(chǎn)生晶體缺陷。碳化硅常見缺陷包括微管、晶型夾雜、包裹物、位錯(cuò)、層錯(cuò)等，且缺陷之間存在相互影響和演變。因此，控制晶體生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)從而有效控制晶體缺陷是核心技術(shù)難點(diǎn)。在長(zhǎng)晶條件極為苛刻的情況下，若要生成低缺陷、高質(zhì)量的碳化硅單晶，需要精確的溫場(chǎng)控制、壓力控制等控制技術(shù)，更需長(zhǎng)期的技術(shù)積累和工藝優(yōu)化，形成系統(tǒng)性的晶體缺陷控制技術(shù)。
從粉體的制備、長(zhǎng)晶爐的性能，到晶體生長(zhǎng)的工藝參數(shù)、后續(xù)的精密加工，需要高精度的匹配，還要加上長(zhǎng)期的技術(shù)工藝積累，才可能制造出接近完美的碳化硅晶片來。
碳化硅“爭(zhēng)霸賽”，讓數(shù)據(jù)說話
據(jù)中科院物理所、中國(guó)科學(xué)報(bào)等機(jī)構(gòu)和媒體近期的報(bào)道，以及天科合達(dá)官網(wǎng)宣稱的：公司導(dǎo)電型碳化硅襯底長(zhǎng)期處于國(guó)際領(lǐng)先地位，是該領(lǐng)域國(guó)際排名前四、國(guó)內(nèi)第一的供應(yīng)商（根據(jù)Yole集團(tuán) Power SiC 2023報(bào)告）。并自稱公司2023年導(dǎo)電型襯底出貨量有望成為世界第二。長(zhǎng)期戰(zhàn)略目標(biāo)是“世界第一”。
2023年，國(guó)際著名研究機(jī)構(gòu)YOLE集團(tuán)發(fā)布報(bào)告《Power SiC 2023 Market and Technology Report 》，YOLE公司認(rèn)為天科合達(dá)2022年導(dǎo)電型碳化硅襯底的營(yíng)收預(yù)估達(dá)到8760萬美元，營(yíng)收占全球總營(yíng)收達(dá)到12.8%，較2021年大幅提升。另外，YOLE集團(tuán)還對(duì)國(guó)內(nèi)碳化硅襯底的市場(chǎng)占有率進(jìn)行評(píng)估，認(rèn)為天科合達(dá)導(dǎo)電襯底2022年在國(guó)內(nèi)占據(jù)60%左右的市場(chǎng)份額。
在“全球第二”和“國(guó)內(nèi)第一”的兩個(gè)報(bào)告結(jié)論的對(duì)比當(dāng)中，有兩個(gè)顯而易見的問題，第一，YOLE這家國(guó)際咨詢機(jī)構(gòu)在碳化硅領(lǐng)域的數(shù)據(jù)在國(guó)內(nèi)是廣為流傳、廣為人知的，而日本富士經(jīng)濟(jì)這家機(jī)構(gòu)，如果不是這次出了“全球第二”這個(gè)報(bào)告結(jié)論，估計(jì)國(guó)內(nèi)碳化硅行業(yè)是很少有聽說過它的。
第二，YOLE關(guān)于碳化硅的上述數(shù)據(jù)，是圍繞2022年的行業(yè)情況測(cè)算的，而富士經(jīng)濟(jì)是統(tǒng)計(jì)的2023年的數(shù)據(jù)�，F(xiàn)在是2024年的2月，各家企業(yè)大多還未完整披露報(bào)道自家2023年的經(jīng)營(yíng)情況，那一個(gè)咨詢機(jī)構(gòu)是如何調(diào)研出2023年一整年眾多碳化硅襯底企業(yè)在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)占有率的（總共賣了多少片、多少錢的導(dǎo)電型碳化硅襯底）？
可能性有多大？準(zhǔn)確性有多高呢？我們沒有直接的判斷依據(jù)，但是從碳化硅公司自己披露的數(shù)據(jù)以及被公司“默認(rèn)的”的一些自媒體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，還是能夠看出一點(diǎn)端倪的。
業(yè)績(jī)數(shù)據(jù)
1月29日晚間，天岳先進(jìn)發(fā)布2023年度業(yè)績(jī)預(yù)告。根據(jù)預(yù)告，公司預(yù)計(jì)2023年實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入12.3億元到12.8億元。
天科合達(dá)官微發(fā)文稱，2023年其營(yíng)收超過15億元。
產(chǎn)能數(shù)據(jù)
來源：天岳先進(jìn)2022年度報(bào)告
證券之星消息，天岳先進(jìn)2024年1月29日在投資者關(guān)系平臺(tái)上答復(fù)投資者關(guān)心的問題：上海工廠的30萬產(chǎn)能是否已達(dá)產(chǎn)？天岳先進(jìn)董秘回復(fù)稱：截至目前公司臨港工廠尚未達(dá)到原計(jì)劃年產(chǎn)能，但根據(jù)目前市場(chǎng)需求情況預(yù)計(jì)，原計(jì)劃臨港工廠年30萬片導(dǎo)電型襯底的產(chǎn)能產(chǎn)量將提前實(shí)現(xiàn)。
圖源：電子發(fā)燒友
綜合業(yè)內(nèi)各自媒體的統(tǒng)計(jì)估算，以6英寸導(dǎo)電型為主的碳化硅襯底片，天岳先進(jìn)2023年產(chǎn)能約25萬片/年，天科合達(dá)約29萬片/年。
不管PK結(jié)果如何，外國(guó)確實(shí)已經(jīng)“卡”不住我們了
碳化硅單晶襯底的國(guó)產(chǎn)化，滿足了國(guó)家重大需求，帶動(dòng)了眾多國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)入下游器件、封裝和模塊產(chǎn)業(yè)，促使國(guó)內(nèi)形成了完整的碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，帶動(dòng)了我國(guó)寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得我國(guó)的新能源汽車和光伏等產(chǎn)業(yè)進(jìn)入世界前列。
目前，碳化硅襯底基本可以滿足國(guó)產(chǎn)需求，無論從質(zhì)量還是產(chǎn)量上都實(shí)現(xiàn)了自主可控。經(jīng)過天科合達(dá)、天岳先進(jìn)等一批國(guó)內(nèi)碳化硅企業(yè)多年的努力，外國(guó)已經(jīng)“卡”不住我們的脖子了。而且，從目前的發(fā)展勢(shì)頭來看，國(guó)內(nèi)碳化硅企業(yè)登頂全球市場(chǎng)之巔也是指日可待了。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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