公司新聞
第三代半導體：國內碳化硅產能增長迅速，8英寸碳化硅時代在望。
半導體材料是現代科技的基石，經歷了從硅（Si）到砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP），再到碳化硅（SiC）的三次重大發展。這些材料各自具有獨特的物理和化學特性，推動了精密科技的飛躍發展。
第一代半導體材料即是以硅和鍺等元素為代表的單質半導體材料，它的發現直接推動了人類通信、航空光伏技術的發展。自20世紀中葉以來，硅基半導體在集成電路、微處理器和各種電子設備中的應用無處不在。硅（Si），作為第一代半導體材料，帶隙適中，以其穩定性、成熟工藝和低成本占據了主導地位，硅基半導體材料今日依然是產量最大、應用最廣的半導體材料，90%以上的半導體產品是用硅基材料制作的。
第二代半導體材料以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）為代表的化合物半導體，相對硅基器件具有高頻、高速的光電性能，被廣泛應用于光電子和微電子領域，是制作發光二極管的關鍵襯底。
相對于硅基半導體材料，第二代半導體材料（即：單質半導體VS化合物半導體）在性質上有兩大區別：
1、電子遷移率快，可適用于高頻傳輸，因此在無線電通訊，如手機、基地臺、無線區域網絡、衛星通訊、衛星定位等皆有應用；
2、具有直接帶隙，可適用發光領域，如發光二極管（LED）、激光二極管（LD）、光接收器（PIN）及太陽能電池等產品。可用于制造超高速集成電路、微波器件、激光器、光電以及抗輻射、耐高溫等器件，對國防、航天和高技術研究具有重要意義。
第二代半導體是高性能微波、毫米波器件及發光器件的理想材料，廣泛應用于衛星通訊、移動通訊、光通信和GPS導航等領域。然而，由于Ga和In的地殼含量極低，這兩種材料資源稀缺，價格昂貴。
第三代半導體材料以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導體材料。（寬禁帶（Wide Band Gap，WBG）是指半導體材料具有的較大能帶間隙。在固態物理學中，禁帶寬度是指價帶頂部和導帶底部之間的能量差。禁帶寬度的大小直接影響材料的電子特性和物理行為。）第三代半導體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的導熱率、更高的抗輻射能力、更大的電子飽和漂移速率，同時具有電能消耗較少的優勢。可以實現更好的電子濃度和運動控制，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率電子器件，在光電子和微電子領域具有重要的應用價值。目前，市場火熱的5G基站、新能源汽車和快充等都是第三代半導體的重要應用領域。
圖：第一代、第二代、第三代半導體材料的主要應用與性能特點
這三種材料的發展反映了半導體技術的進步和多樣化需求。硅基半導體將繼續在消費電子和計算領域發揮重要作用，砷化鎵將在特定的高性能光電子應用中保持其地位，而碳化硅則有望在未來的能源和通信技術中占據主導地位。
據《碳化硅產業調研白皮書》信息，當前中國的碳化硅產業鏈，已經相當完善，并且涵蓋了從原材料到最終產品應用的多個環節，在碳化硅產業上所涉及的環節包括襯底、外延、設計、制造、封測、器件、模組等環節。
SiC襯底：襯底是碳化硅產業中最重要的環節，價值量占比接近50%。沒有SiC襯底，就造不出SiC器件，所以襯底是最基本的材料基礎。
圖：碳化硅襯底生產流程
近年來，6英寸碳化硅（SiC）襯底產品在國內市場實現量產，據《中國6英寸SiC襯底市場研究報告》顯示，截至2023年，中國6英寸SiC襯底的折合銷量已超過100萬片，占全球產能的42%，預計到2026年將達到50%左右。然而，隨著產能的迅速擴張，6英寸碳化硅襯底市場出現了價格競爭，國內價格與國際市場的差距擴大至30%左右。
相較于6英寸碳化硅，8英寸碳化硅具有更高的性能優勢。首先，在材料利用率方面，8英寸晶圓的面積是6英寸晶圓的1.78倍，這意味著在相同的原材料消耗下，8英寸晶圓可以產出更多的器件，從而降低了單位成本。其次，8英寸碳化硅襯底的載流子遷移率更高，導電性能更好，有助于提高器件的整體性能。此外，8英寸碳化硅襯底的機械強度和熱導率也優于6英寸襯底，有利于提高器件的可靠性和散熱性能。
SiC外延：外延環節，在SiC制備過程中的價值量占比接近1/4，是從材料到SiC器件制備過程中不可缺少的環節。
外延層的制備，主要是在SiC襯底基礎上生長出一層單晶薄膜，再用以制造出所需的電力電子器件。目前外延層的制造，最主流方法是化學氣相沉積法（CVD法），利用氣態的先驅反應物，通過原子、分子間化學反應的途徑生成固態薄膜的技術。8英寸碳化硅襯底的制備技術難度較大，目前全球范圍內能夠實現量產的廠商仍然有限。2023年，全球大約有12個與8英寸晶圓相關的擴產項目，8英寸SiC襯底和外延片已經開始出貨，晶圓制造端的產能也開始逐漸加速落地。
盡管8英寸碳化硅產線在整個市場中占比不高，但其發展勢頭強勁，國產碳化硅外延設備市場份額呈現穩步上升態勢。
在2021年及之前，國際廠商的碳化硅外延設備在國內市場占據主導地位。然而，隨著國內技術的不斷突破與創新，至2022年，國產設備與國外設備在市場占比上已實現平分秋色，展現出強勁的市場競爭力。國內首家開啟8英寸SiC制造的晶圓廠已宣布8英寸SiC工程批順利下線，以外延環節為例，在去年頭部企業瀚天天成就已對外宣布公司實現8英寸外延技術的突破，已具備量產能力；東莞天域也在去年發布了8英寸的樣片，宣布2025年首條8英寸外延產線投產。這一成績不僅驗證了國產設備的技術實力和市場認可度，更為未來幾年第三代半導體商用步伐提速奠定了堅實的設備基礎，8 英寸碳化硅時代在望。
碳化硅襯底缺陷檢測
碳化硅，以其高硬度和強化學惰性的特質，給自身襯底的加工過程（包含切片、減薄、研磨、拋光與清洗等關鍵步驟）帶來了一系列挑戰。在制備過程中，加工損耗、損傷頻繁出現、效率難以提升等問題接踵而至，并且對后續外延層的質量以及器件的性能產生著深遠而嚴峻的影響，因此，對碳化硅襯底的缺陷識別與檢測意義重大，常見的缺陷有：表面劃痕、凸起、凹坑等缺陷。
圖：SiC襯底晶圓加工過程中裂紋的產生
碳化硅外延片缺陷檢測
在產業鏈中，碳化硅外延片處于碳化硅襯底和碳化硅器件之間，主要通過化學氣相沉積法進行生長。由于碳化硅特殊性，其缺陷類型也不同于其他晶體，主要有滴落物（downfall）、三角形（triangle）缺陷、胡蘿卜（carrot）缺陷、長三角形（large triangle）缺陷、臺階聚集（step bunching）等，這些缺陷都會對后端器件的電學性能造成影響，比如使器件提前擊穿，產生較大的漏電流等。
圖：滴落物（downfall）缺陷
圖：三角形（triangle）缺陷
圖：胡蘿卜（carrot）缺陷
圖：長三角（large triangle）缺陷
圖：表面臺階聚集（step bunching）
在碳化硅襯底與外延片檢測等相關領域的研究中，慕藤光憑借自身專業領域的深厚積淀，創新性地給出了別具一格的解題路徑。專業光學成像系統解決方案貫穿于半導體制造的全流程，能夠依據自動對焦、自動跟焦的技術及圖像算法，精確地獲取圖像數據，精準無誤地識別并鎖定缺陷所在，大幅提高了產品良率，為半導體制造領域的發展增添了強勁的動力。
SR超分辨率變倍系列，提供更高分辨率，最大變倍比可達到192：1， 對傳感器最大可兼容至Φ44，最大NA值提升至0.32，兼容靶 面更大，更大視野范圍，提升鏡頭進光量，成像效果更優無論是視場的邊緣區域還是中心區域，都能提供高質量圖像，為定位、識別、測量、檢測等項目上提供更精準視覺成像效果。
圖：慕藤光SR超分辨率變倍
線激光對焦傳感器，則可以實時對被測物體進行對焦清晰度監測并反饋信息，實時跟焦，400ms內快速響應調整焦距，且高速對焦下實時保持高對焦清晰度，視野中心與焦點同軸無偏移。此外，還可以分段測量，更大的焦點標記范圍，解決以往單點對焦過程中遇到坑洼狀況時不能對焦的場景。
圖：慕藤光線激光對焦傳感器
圖像對焦傳感器MIAF-400目前已升級到第四代，在原有的基礎上各性能都有所提升。是一款具有高速對焦和高精度對焦能力的自動光學檢測裝置，對焦時間精確小于0.2s，對焦精度高達±0.5μm（10X物鏡），對焦范圍可達300μm以上，結合自研專利圖像算法，可自主調節對焦范圍，精度與速度均顯著優于同類型的傳感器。
圖：慕藤光圖像對焦傳感器
以上三款產品在半導體領域應用十分廣泛，慕藤光專注AOI檢測，其功能還可覆蓋到例如外觀缺陷、尺寸大小、間隔定位、識別校準等方面。具體包括晶圓分選機的視覺定位、高精密度晶圓探針臺定位、Hybrid Bonding混合鍵合工藝中的視覺定位、SMT產品的外觀檢測、晶圓表面檢測等。慕藤光始終致力于通過先進的光學成像技術，為半導體行業提供卓越的檢測解決方案，助力客戶提升產品質量和生產效率。
半導體行業的道路并非坦途，從最初的代工模仿，到如今的自主研發與創新，國產芯片行業在困境中崛起，在挑戰中前行。這一過程中，既有企業的興衰沉浮，也有國家政策的引導與支持，更有無數科技工作者的辛勤付出與智慧結晶。一直以來，慕藤光致力于踐行自己的使命：構建微觀世界之美，不斷深耕研發能力，汲取客戶需求與困難，助力國產設備在激蕩的國際市場環境中競逐不敗之地。未來，我們定能在微觀世界中創造更多奇跡，讓國產半導體之光閃耀全球！
微信掃一掃
關注官方微信
微信掃一掃
聯系在線客服