碳化硅衬底
一、什么是碳化硅衬底
碳化硅衬底是碳化硅器件的基础材料，碳化硅器件的制备均在衬底上生长的外延层进行，晶体与衬底制造是化合物半导体产业链中价值最高、最重要的环节。
二、碳化硅衬底分为导电型衬底和半绝缘型衬底
导电型衬底主要用来生长碳化硅外延，制作功率器件；半绝缘型衬底主要用于生长氮化镓外延制作射频器件。
国内玩家的半绝缘型衬底自2017年美国实行禁运后，市场占有率一直领先市场，性能指标和成本均可以达到市场领先的水平。2018年特斯拉首次在汽车主驱逆变器上使用碳化硅器件后，国内厂商开始转头研发导电型衬底的研发。
我们后续讨论的碳化硅衬底均基于导电型衬底。
三、碳化硅衬底制备过程
目前碳化硅衬底的制备过程大致分为两步：
第一步制作碳化硅晶体；
第二步通过对碳化硅晶体进行粗加工、切割、研磨、抛光，碳化硅衬底。
三、制作碳化硅晶体
目前大规模产业化生产主要采用物理气相传输法，主要过程如以下图示：
以中频感应线圈为加热电源，在涡流作用下高密度石墨发热体被加热。将高纯度碳化硅粉体填满石墨坩埚的底部，碳化硅籽晶（少量、高质量的晶体）粘结在距原料面有一定距离的石墨坩埚盖内部，然后将石墨坩埚整体置于石墨发热体中，通过调节外部石墨毡的温度，使碳化硅的原料置于高温区，而碳化硅籽晶相应的处于低温区。在超过2000℃高温下，碳化硅粉体分解成升华的硅原子、SiC2分子、Si2C分子等气相物质。气相物质在温度梯度的驱动下向低温区输送，在碳化硅籽晶的C面上形核成晶，进而生长成碳化硅晶体。
为了提高碳化硅粉体的利用率，使处于石墨坩埚最底部的粉体能够顺利输送上去，在生长过程中坩埚底部将缓慢上移。
四、制作碳化硅衬底
将制得的碳化硅晶体使用X射线单晶定向仪进行定向，之后通过整形加工、切片加工、晶片研磨、抛光、检测、清洗等一系列机加工工序，可制成透明或半透明、低损伤层、低粗糙度的碳化硅衬底。
六、碳化硅衬底发展方向
碳化硅衬底正在朝着大尺寸方向发展，目前行业内公司主要量产产品尺寸集中在4英寸、6英寸，行业领先者美国Cree公司已成功研发8英寸产品。我国已能大规模量产4英寸碳化硅衬底，并成功研发6英寸产品。
1. 衬底尺寸越大，单位衬底可制造的芯片数越多，单位芯片的成本越低
4-6英寸芯片单位成本预计降低2倍；
6-8英寸芯片单位成本预计降低20%-35%。
8寸较6寸可多切近90%的芯片数量（448颗-》845颗），边缘芯片占比从14%降低至7%，进一步降低芯片的成本。
产品直径、总厚度变化、电阻率、表面粗糙度等指标国产差距不大：国产4英寸和6英寸碳化硅衬底与海外厂商产品基本相同；
微管控制方面国产存在差距：微管的存在可能导致器件过高的漏电流甚至器件击穿，各厂商都在致力于未来降低微管密度，部分龙头碳化硅企业如II-VI可将4-6寸产品的微管密度稳定控制在0.1cm-2以下，国内厂商的产品微管密度基本在 0.5-5cm-2，存在差距；
同时，国内公司在单晶性能一致性、成品率、成本等单晶质量指标方面仍存在较大差距，尤其体现在6英寸以上的大尺寸衬底。国内产品主要系数都能满足要求，但波动性较大，这会对后道加工形成困扰，车规级等需要也对稳定性有要求。天岳先进和天科合达，目前6英寸的出货量估算仅停留在千万元级别，国内厂家仍处在以产量换良率的阶段。
数据来源：天岳先进招股说明书
