SiC正在迈入8英寸时代

SiC功率器件因其优异的特性而广泛应用于新能源汽车、特高压输电及轨道交通等领域。SiC材料的临界击穿场强约比Si材料大10倍，这也就意味着，在给定的掺杂浓度下SiC器件的耐压水平比Si器件高两个数量级。同时，SiC器件以耐高压、耐高温、低损耗，满足高效率、小型化和轻量化要求，SiC器件还具备更优良的导热能力，可有效降低功率器件的散热要求，在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有明显优势。随着SiC功率器件以其优异的性能不断在相关领域内替代Si功率器件，产业链下游对SiC材料的成本控制提出了更高的要求。8英寸SiC晶圆相比于目前主流的6英寸晶圆，产量提升80%-90%，而单位面积成本下降超过30%，因而近年来SiC产业界巨头纷纷转向8英寸衬底开发，以期获得更高的生产效率和更低的器件成本。

据Wolfspeed财报说明，SiC从6英寸升级为8英寸，晶圆成本是增加的，但从8英寸晶圆中获得的优良裸片数量可增加20%～30%，产量更高。随后，SiC领域的另两大巨头——高意（Ⅱ-VI）与罗姆（Rohm）也于同年展示了自己生产的8英寸衬底。

2021年10月，在经过了长达四年的彻底转型，包括剥离掉原先占比三分之二的LED业务，并重新定位公司的总体核心战略后，Cree正式更名为Wolfspeed。公司CEO Gregg Lowe表示，“这标志着Wolfspeed已经成为一家纯粹且强大的全球性半导体企业”。他还指出，“下一代的功率半导体将由SiC技术推动。而作为这一技术的先锋引领者，我们对于未来的前景激动不已。”

作为行业领头羊，Wolfspeed于今年4月25日宣布，其位于美国纽约州莫霍克谷的8英寸SiC晶圆制造工厂正式启用。莫霍克谷晶圆厂是全球第一个、也是最大的8英寸碳化硅晶圆厂。5月发布第三季度财报时CEO Gregg Lowe表示，莫霍克谷8英寸晶圆厂已开始。今年5月23日, 昭和电工（Showa Denko）提出的“8英寸SiC晶圆技术开发计划”被日本新能源和工业技术开发组织(NEDO)选定为“绿色创新基金项目”，在该项目的九年实施期间，昭和电工旨在与日本国家先进工业科学技术研究所（AIST）合作开发技术以加快SiC单晶的生长速率。

仅仅隔了不到4个月时间，昭和电工于9月7日宣布首批8英寸碳化硅外延片样品开始出货。据称，昭和电工自去年开始全面研发8英寸碳化硅晶圆，该外延片使用自产碳化硅单晶衬底制备而成。昭和电工方面表示，将围绕2030年实现碳化硅衬底、外延片缺陷密度降低一个数量级的目标，持续推动技术研发。

作为最早一批展示8英寸SiC衬底的厂商之一，罗姆的8英寸化进程也是不甘落后。2021年罗姆曾表示，计划于2025年量产8英寸SiC晶圆。而最新消息显示，这一计划将有望提前两年，今年8月份罗姆子公司SiCrystal的首席执行官Robert Eckstein在接受记者采访时表示，目前8英寸晶圆的产能还很低，计划将于2023年进入量产阶段。

作为碳化硅器件领域巨头之一，意法半导体（ST Microelectronics）在2019年收购了瑞典SiC衬底及外延片制造商Norstel AB，并于2021年6月在其瑞典北雪平工厂中成功制造出8英寸SiC衬底样品。意法半导体子公司ST Silicon Carbide AB（原Norstel AB）董事Carlo Riva明确表示，北雪平工厂今年年底前会全部切换为8英寸SiC生产线。另外，虽然起步较晚，但ST表示其8英寸SiC衬底样品实现了最低的缺陷密度和最高的量产化能力，并定下了于2024年实现超过40%衬底自主供应的目标。

除了以上几家公司，国外SiC材料相关公司也纷纷向8英寸SiC衬底发起了冲击。2022年5月，法国Soitec在格勒诺布尔的CEA-Leti生产了首款8英寸SmartSiC衬底，并将在法国伯宁总部投资建设新工厂，实现8英寸衬底在2023年的量产。而韩国Senic则公开表示，他们希望能在2023年从现有的6英寸SiC晶圆升级到8英寸。为此，韩国ESTech将于今年下半年向Senic提供用于生产8英寸单晶的PVT设备。此外，日本OXIDE公司于今年2月投资4亿日元用于建设新厂，该厂将专注于开发超高质量的8英寸SiC晶圆。

虽然起步时间相对于国外较晚，国内相关团队也积极进行了8英寸SiC单晶生长技术的开发。2022年3月，中电科下属山西烁科晶体成功研制出8英寸SiC晶体，成为国内首家突破相关技术的团体。中国科学院物理研究所紧随其后，于2022年4月成功研制出了单一4H晶型的8英寸SiC晶体，其晶体直径达210mm，晶坯厚度接近19.6mm。此外，还加工出了厚度约2mm的8英寸SiC晶片。2022年8月，晶盛机电成功研发出8英寸导电型SiC晶体，此次研发成功的8英寸SiC晶体，厚度25mm，直径214mm。2022年9月，山东大学晶体材料国家重点实验室攻关完成了8英寸SiC衬底的制备。可以说，国内相关团队在短时间内取得了长足进步，让人为之侧目。

长远来看，8英寸SiC取代6英寸是必然趋势，但8英寸成为主流尺寸仍需时日，产能释放和质量提升都需要较长的周期。未来十年，6英寸SiC衬底仍将是主流尺寸，但8英寸会逐步渗透，两者在相当长的一段时期内将会并存。