SiC 与半导体垂直整合的复兴，先进 SiC 解决方案的需求不断增长

碳化硅 (SiC) 半导体在处理高功率和导热方面比电动汽车 (EV) 系统和能源基础设施中的传统硅更有效的能力现已得到广泛认可。SiC 器件有助于更有效地将电力从电池传输到 EV 系统组件中的电机，从而将 EV 的行驶里程增加 5% 至 10%。

第三代半导体性能优越，应用场景更广。半导体材料作为电子信息技术发展的 基础，经历了数代的更迭。随着应用场景提出更高的要求，以碳化硅、氮化镓为代 表的第三代半导体材料逐渐进入产业化加速放量阶段。相较于前两代材料，碳化硅 具有耐高压、耐高温、低损耗等优越性能，广泛应用于制作高温、高频、大功率和 抗辐射电子器件。

碳化硅器件应用场景广阔。因其高热导性、高击穿电场强度及高电流密度，基 于碳化硅材料的半导体器件可应用于汽车、充电设备、便携式电源、通信设备、机 械臂、飞行器等多个工业领域。其应用的范围也在不断地普及和深化，是一种应用 前景非常广泛、非常具有价值的材料。

第三代半导体材料禁带宽度远大于前两代。第一代和第二代半导体都是窄带隙 半导体，而从第三代半导体开始，宽禁带(带隙大于 2.2eV)半导体材料开始被大 量应用。碳化硅作为第三代半导体的典型代表，具有 200 多种空间结构，不同的结 构对应着不同的带隙值，一般在 2.4eV-3.35eV 之间。碳化硅材料除宽禁带之外，还 具有高击穿场强、高饱和漂移速度及高稳定性、最大功率等优点。

禁带宽度决定材料特性，宽禁带提高更好性能。禁带宽度是衡量半导体性能的 一个重要指标，更宽的禁带意味着更高的激发要求，即电子和空穴更难以形成，这 也导致了宽带隙半导体在不需要工作时可以保持类似绝缘体的特性，这也使得其具 有更好的稳定性，宽禁带同时也有助于提高击穿电场强度，进而增强对工作环境的 承受能力，具体体现在具有更好的耐热性和耐高电压性、抗辐射性。

同时因宽禁带体系中导带与价带间的高能量差，使得电子与空穴被激发后的复 合率大大降低，这就使得更多的电子和空穴可以用于导电或者传热，这也是碳化硅 具有更强的导热性与导电能力的一个原因。

新的是芯片制造商如何整合从开发到制造再到封装的 SiC 供应链部分。随着对先进 SiC 解决方案的需求不断增长，特别是在汽车市场，一个新的端到端垂直整合供应链正在迅速形成。

以下概述了 2022 年的三场行业事件，展示了 SiC 生态系统的快速整合和半导体供应链的弹性。

新的 SiC 生产设施

2022 年 8 月，onsemi 在新罕布什尔州哈德逊开设了 SiC 工厂，以在供应受限的环境中建立垂直整合的设置。该生产设施将使 onsemi 全面控制其 SiC 制造供应链，从采购 SiC 粉末和石墨原材料到交付完全封装的 SiC 器件。因此，onsemi 预计到 2022 年底将其产能同比提高五倍，同时将 Hudson 的员工人数翻两番。

一个新的碳化硅晶圆厂

2022 年 10 月，从事 SiC 半导体开发超过 25 年的 STMicroelectronics 宣布将在意大利卡塔尼亚工厂建设 SiC 衬底制造工厂，以支持汽车和工业应用对 SiC 器件日益增长的需求。SiC 衬底制造设施与卡塔尼亚现有的 SiC 器件制造设施一起建造，将于 2023 年开始生产 150 毫米 SiC 外延衬底。

预计这将使卡塔尼亚成为 SiC 半导体的研究、开发和制造中心。ST 还暗示将在不久的将来开发 200 毫米 SiC 晶圆。这家欧洲芯片制造商目前正在其位于卡塔尼亚和新加坡宏茂桥的工厂生产大量STPOWER SiC 产品，而 SiC 组装和测试则在中国深圳和摩洛哥 Bouskoura 的后端工厂进行。

晶圆供应协议

射频和功率半导体供应商 Qorvo 与 SK Siltron CSS 签署了 SiC 裸晶圆和外延晶圆的多年供应协议，这也体现了 SiC 衬底的至关重要性。SK Siltron CSS 提供的化合物半导体晶圆解决方案有望增强对 Qorvo第 4 代 SiC FET产品的保护和信心。

随着SiC衬底的产能建设，2023年很可能成为SiC半导体和功率模块的元年。