扩产、降本同步走！爱思强MOCVD技术助推SiC/GaN产业化

扩产、降本同步走！爱思强MOCVD技术助推SiC/GaN产业化

在整个半导体行业中，第三代半导体仅占很小的一部分，但近两年来，随着新能源汽车、5G通讯、光伏储能、数据中心、智能电网等应用领域的快速发展，以SiC/GaN为代表的第三代半导体凭借耐高压、耐高温、高功率、高频、低能耗等优势，开始在新兴领域发挥巨大的潜力，叠加利好政策的支持，SiC/GaN逐渐打开广阔的应用空间，在全球范围内的话题量不断飙升。

新兴应用需求爆发，SiC/GaN黄金时代即将来临

在2022集邦咨询化合物半导体新应用前瞻分析会上，德国AIXTRON（爱思强）副总经理方子文表示，在全球电力电子系统革新大趋势的驱动下，化合物半导体市场正在全速前行，SiC/GaN正在迎来爆发的春天。

爱思强副总经理 方子文

方子文博士表示，在SiC领域，随着特斯拉首次在新能源汽车上采用了SiC技术，越来越多车企采用或计划导入SiC技术，SiC的应用空间也就此正式爆发，目前，SiC正在加速“上车”。

此外，SiC在光伏储能和车外充电桩领域也有较为广阔的应用前景，近两年来也正在加速渗透这两大应用市场。不过相比之下，目前新能源汽车应用仍是SiC市场最主要的驱动力。

根据TrendForce集邦咨询预估，2025年，全球SiC功率市场规模将可达33.9亿美金，年复合成长率为38%。从应用占比来看，前三大应用分别是新能源汽车（61%）、光伏储能（13%）、充电桩（9%）。其中，SiC在新能源汽车上的应用主要包含主驱逆变器、车载充电机（OBC）、直流变压器（DC-DC）。此外，高铁地铁等轨道交通及特高压等也是SiC未来的发展方向。

在GaN领域，5G通讯技术的发展很大程度上催熟了GaN技术，推动了GaN技术的应用落地。方子文博士提到，疫情改变了人们的生活习惯，其中，通讯设备在生活中扮演着愈加重要的角色，这进一步刺激了5G射频器件的市场需求，从而带动了GaN在以5G基站为主的微波射频领域的需求。

方子文博士认为，虽然手机上的射频器件目前主要是GaAs砷化镓的市场，但未来GaN材料也有可能在该领域施展身手。现阶段，在消费电子市场，GaN的应用主要以快充为主。随着华为、小米、OPPO、vivo等手机品牌推出GaN快充产品以及部分笔电厂商开始布局GaN快充市场，GaN在消费电子领域的渗透率不断提高。

根据TrendForce集邦咨询分析，2025年，全球GaN功率器件的市场规模将达8.5亿美金，年复合成长率高达78%。按应用占比来看，前三大应用为消费电子（60%）、新能源汽车（20%）、通讯及数据中心（15%）。

总的来说，在碳达峰、碳中和计划的加速推行下，新能源汽车、光伏储能、充电桩、5G通讯等新兴应用市场需求即将爆发，预示着SiC/GaN黄金时代即将来临。不过，前景固然很美好，在成功道路上，SiC/GaN还需跨越可靠性、成本等难关。

方子文博士也坦言，提升产品良率、降低生产成本是SiC/GaN大规模产业化的前提，而目前还有很大的提升空间。爱思强一直致力于在MOCVD外延技术的层面，从提升产能、提高良率、降低成本等方面为行业提供不断优化的解决方案，为客户带来综合成本上的优势。

提升产能+降本，爱思强MOCVD技术助推SiC/GaN产业化

方子文博士介绍，终端产品成本与消费市场渗透率直接挂钩，产品性能则关乎整个产业链的成本问题。其中，外延直接成本的影响因素包括衬底尺寸、产线自动化以及超净间的占地面积；间接成本的影响因素则包括外延片的波长一致性和缺陷密度。

在衬底尺寸上，GaN衬底已经从6英寸过渡到8英寸，而SiC衬底也已经完成向6英寸的过渡，8英寸衬底部分，已有相关厂商开始导入生产。方子文博士认为，衬底尺寸的扩大将为后端制造创造很大的成本下降空间。

同时，引进全自动化产线有助于实现良率和成本的平衡，如爱思强的全自动化卡匣式（C2C）晶圆传输技术；此外，他也提到，多片机（Batch Concept）方案可减少超净间占地面积，能够加速扩产的进程，提升整体效益，为客户创造比较明显的成本优势。

目前，爱思强在第三代半导体领域主要提供用于SiC外延的AIX G5 WWC和用于GaN外延的AIX G5+ C批量生产解决方案。

两款设备均使用基于经量产客户验证的AIXTRON行星式反应器平台，模仿行星公转的方式，通过晶圆级控制，实现外延片内、片间、炉间高度的波长一致性，使得外延片零分选成为可能。同时结合全自动化卡匣式（C2C）晶圆传输系统，提高产量。为了促进效益最大化，爱思强也在积极开发C2C自动化设备的相关配置。

方子文博士透露，目前爱思强SiC外延片用设备主要为6英寸，月产能达2000片以上。AIX G5 WW C实现了业内单腔最大片数（8 x 6英寸）及最大产能，同时提供了灵活的6英寸和4英寸配置，能够最大限度降低生产成本，并保持优良的产品质量。针对外延片表面温度控制，爱思强积极配合合作伙伴对设备进行优化，使得设备能够精准读取SiC表面温度，有助于提升生产良率。

实验数据及客户使用反馈显示，爱思强设备的外延片厚度均匀性稳定保持在1-2%左右，而在厚度均匀的情况下，设备可以将平均方差控制在1-1.5%左右；此外，缺陷密度也稳定保持在0.1/cm2-0.2/cm2，这些充分证明了其设备能够满足客户产品量产下的稳定性。

方子文博士直言，当前爱思强相比竞争对手有10-15%的成本优势，预计2023年还能继续推动成本下降25%。此外，爱思强在8英寸领域的研发正紧锣密鼓进行中，预计明年将会向市场推出8英寸SiC外延用MOCVD。

GaN外延用AIX G5+ C设备采用了炉内原位清洁技术，即使用氯气进行原位的清洁，去除可能引入的镓，为用户带来全新的环境，保证外延片的颗粒密度。结合C2C自动卡匣晶圆传输技术，AIX G5+ C设备可以提升外延片的波长一致性，降低缺陷率，从而提升良率。

应用上，爱思强已针对功率、射频和光电LED应用推出了先进的设备解决方案。

在射频应用上，据透露，爱思强目前正在研发硅基GaN射频器件，并取得了重要突破。在光电LED应用上，爱思强的GaN外延用设备已实现在波长分布保持在4nm范围内的前提下，将缺陷密度低控制在0.1/cm2，为客户量产Micro LED扫除了前端环节的障碍。

2023年，爱思强GaN外延用设备的生产成本预计将继续下降20-30%，产能则将提升20-30%。

方子文博士最后总结道，SiC/GaN具有很大的增长空间，需要整个产业链的协同发展才能推动SiC/GaN的商业化，而爱思强作为外延设备环节的领导厂商，将持续为客户提供高附加值多片机解决方案，融合全自动化技术，从扩大产能、提升良率、降低成本等方面为化合物半导体产业的大规模商用化添砖加瓦。（化合物半导体市场）

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