先进陶瓷知识问答：LED衬底材料 “硅”将如何走向市场？为什么氮化钛薄膜硬度大？这和氮化钛的微观性质有关吗？

电动车、5G基建带动功率元件需求，第3代半导体具重要地位，产业分析师表示，碳化硅衬底是发展最大关键。

第3代半导体近年成为各国政府与产业界关注的热门焦点，主要有3个催化剂。

第一是特斯拉（Tesla）抢先采用第3代半导体碳化硅（SiC），让SiC元件得以实际发挥散热性佳，及提高电动车续航力等特色。第二是全球环保意识抬头，各国政府为达到碳中和、净零碳排，纷纷订定淘汰燃油车的时间表，促使车厂加速转进电动车。第三是政策大力支持发展第3代半导体。

SiC晶体管与碳化硅基GaN晶体管是成长性较高的两项产品，年复合成长率分别达27%及26%，都需要采用SiC衬底。

科锐（Cree）是全球SiC衬底龙头厂，市占率超过6成，目前国内有广运集团旗下盛新材料科技和稳晟材料投入SiC衬底领域。

安森美、罗姆、英飞凌以及意法半导体纷纷下手，买下不同的优质SiC衬底供应商。2021年11月1日，安森美宣布完成以4.15亿美元对碳化硅(SiC)生产商GT Advanced Technologies（"GTAT"）的收购。GTAT专门从事各种晶体材料的生长，包括碳化硅。此举将有助于减少安森美对Wolfspeed原材料的需求。

GTAT 的 SiC 应用

安森美大约70%的芯片是自己生产的，正计划投资扩大GTAT的制造设施，支持推进150mm和200mm SiC晶体生长技术的研发工作，同时还投资于更广泛的 SiC 供应链，包括Fab产能和封装。

同样深耕行业多年的日本罗姆从2000年开始研究SiC，直到2009年通过收购德国SiC衬底和外延片供应商SiCrystal，真正有了实质性的进展。于2010年开始生产碳化硅肖特基势垒二极管和碳化硅MOSFET，后来扩展到碳化硅功率模块和沟槽碳化硅MOSFET。

SiCrystal成立于1996年，1997年第一批晶圆投入市场。从那时起，其发展迅速。后来于2000年与西门子拥有的SiC供应商 Freitronics Wafer GmbH & Co. KG 合并。此后就是被罗姆收购。据悉，SiCrystal或将于2022年开始生产SiC 晶圆。

英飞凌也是通过收购进入上游衬底的，2018年英飞凌收购了碳化硅晶圆切割领域的新锐公司Siltectra。2016年7月，英飞凌曾计划以8.5亿美元的现金收购Cree旗下Wolfspeed功率和射频业务部，但收购失败。Cree现在也已经改名为Wolfspeed，完全蜕变成一家以宽禁带半导体产品为主的公司。

与英飞凌在汽车市场直面竞争的意法半导体，在2019年12月，意法半导体以1.375亿美元现金完成收购瑞典SiC衬底和外延片制造商Norstel AB，Norstel生产6英寸的SiC裸晶圆和外延片。意法半导体表示，交易完成后，它将在全球产能受限的情况下控制部分SiC器件的整个供应链。

众所周知，大尺寸衬底单位面积能够生产的芯片更多，衬底的大尺寸化是未来趋势。就在今年8月份，意法半导体的瑞典 Norrköping 工厂宣布已制造出首批8英寸碳化硅 (SiC) 晶圆，预计将用于生产下一代功率半导体。首批8英寸SiC 晶圆质量优良，芯片良率和晶体位元错误缺陷低。

值得一提的是，各龙头企业也在竞争中逐渐找到合作点。在功率器件同为竞争对手的意法半导体和罗姆，也签署了超1.2亿美元的150mm碳化硅（SiC）晶圆长期供应协议，罗姆子公司SiCrystal总裁兼首席执行官Robert Eckstein博士表示：“SiCrystal是ROHM集团旗下市场领先的SiC公司，拥有多年的SiC晶圆研制经验。我们很荣幸与长期客户ST签订此供应协议，我们将不断增加晶圆产量，并始终提供质量可靠的产品，支持我们的合作伙伴扩大碳化硅业务。”

其实不只是功率器件大户向上游衬底材料迈进，Wolfspeed、罗姆、II-VI，也逐渐由材料向器件产品走。全球产业链企业在竞争中合作，在合作中共赢。也带动了国产碳化硅产业链的快速发展。

据不完全统计我国从事碳化硅衬底研制的企业已经有30多家，这个数量不算少，国际射频器件厂商、SiC器件厂商都在纷纷往上游布局，未来国内估计也会走向产业链整合的局面，也将伴随国内半导体的进阶。

Q from @终身学习者