据消息人士透露，我国计划把大力支持发展第三代半导体产业，写入正在制定中的“十四五”规划，计划在2021-2025年期间，在教育、科研、开发、融资、应用等等各个方面，大力支持发展第三代半导体产业，以期实现产业独立自主。当前，以碳化硅为代表的第三代半导体已逐渐受到国内外市场重视，不少半导体厂商已*入局。不过，量产端面临多重挑战下，第三代半导体材料占比仍然较低。未来政策导入有望加速我国第三代半导体产业发展，以期进一步把握主动。

第三代半导体材料: SiC的兴起与未来

一、Sic：极限功率器件的理想材料

SiC 是由硅和碳组成的化合物半导体材料，在热、化学、机械方面都非常稳定。C 原子和 Si 原子不同的结合方式使 SiC 拥有多种晶格结构，如4H、6H、3C 等等。4H-SiC 因为其较高的载流子迁移率，能够提供较高的电流密度，常被用来做功率器件。

SiC 晶圆

SiC 从上个世纪 70 年代开始研发，2001 年 SiC SBD 商用，2010 年 SiCMOSFET 商用，SiC IGBT 还在研发当中。随着 6 英寸 SiC 单晶衬底和外延晶片的缺陷降低和质量提高，使得 SiC 器件制备能够在目前现有 6英寸Si基功率器件生长线上进行，这将进一步降低SiC材料和器件成本，推进 SiC 器件和模块的普及。

二、Sic产业链：欧美占据关键位置

SiC 生产过程分为 SiC 单晶生长、外延层生长及器件制造三大步骤，对应的是产业链衬底、外延、器件与模组三大环节。

SiC 衬底：SiC 晶体通常用 Lely 法制造，主流产品正从 4 英寸向 6 英寸过渡，且已经开发出 8 英寸导电型衬底产品，国内衬底以4 英寸为主。由于现有的 6 英寸的硅晶圆产线可以升级改造用于生产 SiC 器件，所以 6 英寸 SiC 衬底的高市占*将维持较长时间。

SiC 外延：通常用化学气相沉积（CVD）方法制造，根据不同的掺杂类型，分为 n 型、p 型外延片。国内瀚天天成、东莞天域已能提供 4 寸/6 寸 SiC 外延片。

SiC 器件：上 600~1700V SiC SBD、MOSFET 已经实现产业化，主流产品耐压水平在 1200V 以下，封装形式以 TO 封装为主。价格方面，上的 SiC 产品价格是对应 Si 产品的 5~6 倍，正以每年 10%的速度下降，随着上游材料器件纷纷扩产上线，未来 2~3年后市场供应加大，价格将进一步下降，预计价格达到对应 Si 产品2~3 倍时，由系统成本减少和性能提升带来的优势将推动 SiC 逐步占领 Si 器件的市场空间。

国内外厂商争取卡位时间

半导体大厂纷纷布局，IDM厂商意法半导体购并NorstelAB以及法国Exagan、英飞凌收购Siltectra，以及日商ROHM收购SiCrystal等事件都颇受业界关注。国内方面，不少厂商围绕第三代半导体材料争取卡位时间。海特高新子公司海威华芯建立了国内一条6英寸砷化镓/氮化镓半导体晶圆生产线。据称，其技术指标达到国外同行业先进水平，部分产品已经实现量产。赛微电子涉及第三代半导体业务，主要包括GaN（氮化镓）材料的生长与器件的设计。三安光电在长沙设立子公司湖南三安从事碳化硅等化合物第三代半导体的研发及产业化项目，目前项目正处于建设阶段。聚灿光电目前产品涉及氮化镓的研发和生产，外延片的技术就是研发氮化镓材料的生长技术，芯片的技术就是研发氮化镓芯片的制作技术。今年8月，露笑科技投资100亿建设第三代功率半导体（碳化硅）产业园。露笑科技与合肥市长丰县人民政府签署战略合作框架协议，包括但不限于碳化硅等第三代半导体的研发及产业化项目，包括碳化硅晶体生长、衬底制作、外延生长等的研发生产，项目投资总规模预计100亿元。

量产仍是大挑战

目前，第三代半导体材料的比重仍然相当低。以硅为基础的半导体材料市场约4500亿美元，第三代半导体仅占10亿美元。业内人士指出，量产端的困难仍是业界的大挑战。目前，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）较为成熟，并称为第三代半导体材料的双雄。氧化锌、金刚石、氮化铝等材料的研究则仍处于起步阶段。不过，即使是成熟度高的碳化硅和氮化镓，也在量产环节面临诸多困难。氮化镓的难度主要在于在晶格。当前，氮化镓发展瓶颈段仍在基板段，成本昂贵且供应量不足,主要是因为氮化镓长在硅上的晶格不匹配，困难度高。对于碳化硅，长晶的源头晶种来源纯度要求高、取得困难，另外，长晶的时间相当长且长晶过程监测温度和制程的难度高。碳化硅长一根晶棒需时2周，成果可能仅3公分，也加大了量产的难度。拓墣产业研究院认为，在化合物半导体领域，虽然中国厂商相比厂商仍有技术差距，但随着国家加大支持以及厂商的不断布局，技术差距将不断缩小。

傅里叶红外光谱仪Sic半导体应用

室温硅材料中碳、氧的定量分析 傅立叶红外技术可以快速、灵敏、无损地分析硅材料中的碳、氧含量，因此它在硅材料质量控制领域被广泛接受 和应用。布鲁克在这个前沿领域拥有和积累了几十年的经验，并结合布鲁克VERTEX 系列傅立叶红外光谱仪推出 了业内专业和与时俱进的完整分析方案。 根据ASTM/SEMI MF1391标准，建立了室温 硅中代位碳原子含量分析方法。 根据ASTM/SEMI MF1188标准，建立了室温 硅中间隙氧含量分析方法。 可达检出限： < 400ppba 建议的样品特征： 厚度0.5-2.5 毫米 (约1.5 毫米) 双面抛光 单晶或多晶型

用于超高灵敏度硅材料质量控制分析的分析仪 CryoSAS 是一款低温硅材料分析仪，可用于太阳 能和电子硅行业的超高灵敏度质量控制。它可以同时定量分 析碳、氧以及浅层杂质（如硼、磷、砷等）。根据ASTM/SEMI标 准，CryoSAS操作简便，无需液氦等制冷剂。相比于传统的湿 化学分析法，CryoSAS更为快速、灵敏，并且对样品没有任何 损害。

钝化层分析 钝化层作为保护层、绝缘层或抗反射层，在半 导体材料中扮演着重要的角色。VERTEX 系列 光谱仪是分析钝化层的理想工具，它可以实 现快速灵敏的无损分析。 磷硅玻璃(PSG)和硼磷硅玻璃(BPSG)中硼和 磷的定量分析 分析SiN等离子层和Si-O基钝化层 分析超低K层

厚度分析 VERTEX 系列光谱仪可用于测量半导体层状结构 中的层厚度，精度*。此应用是基于对红外光 在层状结构中产生的光干涉效应的分析，可用于 亚微米量级至毫米量级的厚度分析。 用反射或透射实验分析层厚度。 的分析软件，用于分析复杂的层状结构。 可选薄膜扫描成像附件，可测量直径至12”的 硅晶片。