目前業(yè)界對SiC和GaN等材料的性能及在功率領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)勢分析較多 ，一般會提到芯片成本是硅基產(chǎn)品的五到八倍等結(jié)論，而對于為何會有這樣差距的原因探討得較淺。本文意在提供更多直接的數(shù)據(jù)來幫助大家有更深入的認識，從而全面的分析一種材料技術(shù)的改進難度，以及新材料導(dǎo)入市場所主要考慮的因素。

1、襯底制造環(huán)節(jié)的分析

（1）晶片尺寸：三種材料目前的尺寸基本相當(dāng)，即單片襯底的芯片產(chǎn)出相差不大（GaO器件做成垂直器件相對會更小，此處差異忽略不計）。SiC已有8寸單晶襯底、GaN（自支撐）目前有4寸量產(chǎn)產(chǎn)品，6寸樣品剛進入市場，未量產(chǎn)暫時未考慮。

（2）設(shè)備投入（晶體生長爐+坩堝+晶體加工設(shè)備）：GaO設(shè)備投入每條產(chǎn)線投入約350萬，SiC設(shè)備投入每條產(chǎn)線550萬，GaN設(shè)備投入每條產(chǎn)線800萬。

（3）生產(chǎn)效率：GaO每月可產(chǎn)出8爐，年產(chǎn)80爐，可產(chǎn)800片，邊角料短期內(nèi)還可切成10mm * 10mm的小片銷售給科研單位研究用，每爐100片，年產(chǎn)8000片小片。SiC每月可產(chǎn)4爐，年產(chǎn)40爐，可產(chǎn)400片，不能按小片銷售，且良率按30%算約為120片。GaN自支撐襯底產(chǎn)量更小。在材料學(xué)領(lǐng)域，一般以2100℃作為晶體生長的分界線，低于此溫度可以使用常規(guī)的設(shè)備，一旦工藝溫度超過該界限，則需使用加熱、保溫等完全不同的材料體系，即完全不同的特殊設(shè)備，價格要比常規(guī)設(shè)備高出數(shù)倍。PVT-SiC

晶體生長溫度高達2400℃，且跟GaN一樣，無法通過可視化窗口觀察生長過程進行控制，因此設(shè)備價格、加工能耗、良品率都較低，導(dǎo)致這兩種襯底材料成本高企不下。而GaO的襯底成本約為SiC的1/3~1/5，具有明顯的成本優(yōu)勢。液相法SiC解決了PVT法不可視良率低、需要高溫、缺陷密度高、只能做N型的問題，實現(xiàn)高良率、低能耗、高品質(zhì)、可生產(chǎn)P型等效果，即低成本、但同時也會極大促進SiC產(chǎn)品的應(yīng)用，可能會對GaO市場推動也帶來一定影響。

關(guān)于液相SiC和無銥GaO這兩種優(yōu)勢技術(shù)來說，需要補充的是：

① 晶體

液相SiC長成的晶體為正六方型，即使達到6寸，也只能切成4寸使用，造成很大的浪費，尺寸越大浪費越多。

無銥GaO晶體是圓柱形，可直接切成同直徑圓盤。

② 成本

預(yù)計當(dāng)技術(shù)成熟時，即良率相同的情況下，碳化硅比氧化鎵的成本至少貴30%，而且尺寸越大，成本差距越明顯，氧化鎵優(yōu)勢越大。 氧化鎵

③ 優(yōu)勢

目前液相SiC技術(shù)尚處在實驗室階段，從理論上看，該技術(shù)生成的SiC晶體質(zhì)量會更高，不僅位錯降一個數(shù)量級，而且因成品率提高（液相SiC天然較氣相SiC成品率高），使得成本差不多相較當(dāng)前的氣相法SiC能降50%。而且與無銥GaO一樣的是，尺寸越大成本降低越明顯。

④ 瓶頸

工藝溫度為1700~1800℃，而此前由于SiC材料在溫度還未達到熔點融化就升華了。日本、國內(nèi)某研究所以及我國某創(chuàng)業(yè)公司的技術(shù)路線基本相同，未來主要區(qū)別在于技術(shù)細節(jié)的把控和對下列問題的解決：

一是生產(chǎn)中爐內(nèi)缺乏可視系統(tǒng)，導(dǎo)致成品率無法保證，尤其是籽晶接觸液面缺乏探測手段，籽晶很薄只有1毫米，過淺尚未接觸無法結(jié)晶，過深沒入液面無法生長，需要特殊的控制手段。

二是溶劑，碳在溶劑里面溶解度很低，如果超出就形成碳簇，會圍繞碳簇形成多晶，導(dǎo)致生產(chǎn)失敗，因此工藝上對熱場和流場的要求很高，需要穩(wěn)定和合理的工藝控制技術(shù)。

三是該技術(shù)SiC同樣長不厚，僅幾毫米厚，一般不超過10mm，還要留出3mm以上做下一爐生產(chǎn)的籽晶，因此實際生產(chǎn)效率提高不多，后續(xù)研發(fā)需要解決的關(guān)鍵問題是如何繼續(xù)長厚，而且大規(guī)模生產(chǎn)中還需要開發(fā)自動配料系統(tǒng)，持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)合適的溶液。

2、 外延及芯片制造階段的對比

（1）SiC、GaN的外延生長設(shè)備成本就明顯要高出GaO材料數(shù)倍，且因為外延時間較短，thc?tepi，即升溫、降溫的時間要遠遠大于實際外延生長時間，所以幾種材料外延的速度差異并不明顯，而且由于各家技術(shù)有差異，用途不同的外延也有些許差別，此處不做更深入的比較。目前各種材料的外延技術(shù)較為成熟，可以滿足市場的需求。

（2）芯片加工階段，由于GaO、SiC可以使用垂直結(jié)構(gòu)，所以同等規(guī)格下，芯片面積較小，為便于比較，暫時忽略這種優(yōu)勢，三種材料在功率芯片加工過程的成本差異不大。綜上，可以看出，GaO器件Z終成本低于SiC、GaN，且性能更好，具有獨特的競爭優(yōu)勢。