碳化硅：第三代半导体核心材料，重塑半导体产业格局

碳化硅又称碳硅石，是在大自然中存在的罕见矿物，工业上以石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅性能优势显著、用途广泛，在高端材料、高端设备制造业中有着重要的应用，5G通信、新能源汽车等产业对碳化硅材料有巨大的需求，以碳化硅为代表的第三代半导体材料，是继硅材料之后最有前景的半导体材料之一。

与硅材料相比，以碳化硅晶片为衬底制造的半导体器件具备高功率、耐高压、耐高温、高频、低能耗、抗辐射能力强等优点。碳化硅材料在半导体行业主要用于制作功率器件，可显著提高电能利用率。

以导电型碳化硅晶片为衬底制成的碳化硅功率器件在新能源汽车、光伏发电、轨道交通等现代工业领域有着不可替代的作用。新能源汽车对碳化硅器件将产生巨大的需求，特斯拉Model 3就已率先应用了集成全碳化硅模块。

功率半导体（又称电力电子器件）用于电能转换、控制电流控制，是电力电子系统的关键部件，应用于电源、电机控制、可再生能源、电力传输、动力牵引等输变电和用电场景。

第一代半导体材料为硅（Si）、锗（Ge）等单质材料。由于工艺成熟及生产成本低，硅占据95%以上的半导体器件，是当今半导体材料的主体；

第二代半导体材料为砷化镓(GaAs)等化合物材料。砷化镓半导体材料具备高耐压、高频率等优势，但也有机械强度弱、高温下易分解、价格昂贵等方面的劣势，目前主要应用于LED等光电子领域；

第三代半导体材料为碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽禁带材料。

当前，碳化硅半导体产业正处于产业爆发期，其中晶圆是发展碳化硅半导体产业的核心材料。

碳化硅晶体的生长条件十分严苛，其生长速度缓慢，生长质量不易控制，如果有一丝肉眼无法察觉的管洞，就可能影响晶体的生长质量。碳化硅晶体需要经历高温和压力精确控制的生长环境，因温度太高，无法进行人工干预，所以碳化硅晶体的生长条件要求严苛，必须保证高稳定性，而这，就是最核心的技术。要想生产出高质量的碳化硅晶片，就必须攻克这些技术难关。

碳化硅单晶的制备一直是全球性难题，这项技术长期被美国封锁。中国半导体材料长期依赖进口，导致中国半导体材料价格昂贵、渠道不稳，随时都可能面对断供的风险。但是目前，中国碳化硅技术取得积极进展，中国企业经过科研攻关，已经掌握了这项技术，打破了国外垄断，实现了高纯度碳化硅单晶的商业化量产。

碳化硅晶片如此重要，在于它应用范围广泛，以及非常高的技术难度。一个直径4英寸的晶片一次可以做出1000个芯片，而直径6英寸的晶片一次则可以做成3000个芯片。但从4英寸到6英寸，晶体的生长是最难破解的关键技术。挖掘碳化硅市场潜力，从产业链中游来看，中国第三代半导体器件市场有着巨大的增长空间，碳化硅产业爆发前夜，有望引领中国半导体进入黄金时代。