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1、 2014 LED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 36 碳化硅晶体产业进展及在碳化硅晶体产业进展及在碳化硅晶体产业进展及在碳化硅晶体产业进展及在LEDLED 产业中的应用产业中的应用产业中的应用产业中的应用 彭同华 陈小龙 北京天科合达蓝光半导体有限公司 中国科学院物理研究所 2014 04 25 浙江海宁 2014 LED配套材料产业发展交流对接会配套材料产业发展交流对接会 报告内容报告内容报告内容报告内容 SiC性能优势与市场应用性能优势与市场应用 SiC晶体产业进展晶体产业进展 SiC晶体在晶体在LED产业中应用产业中应用 天科合达公司研发进展天科合达公司研发进展 2014 L
2、ED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 37 SiC材料的特性与优势材料的特性与优势 Si的的3倍 倍 GaAs的的10倍倍 Si的的10倍 倍 GaAs的的5倍倍 Si的的2倍倍 1 高热导率 2 高击穿电场 3 高饱和电子漂移速率 4 抗辐照 化学稳定性好 5 与 1 高热导率 2 高击穿电场 3 高饱和电子漂移速率 4 抗辐照 化学稳定性好 5 与GaN相近的晶格常数 和热膨胀系数 相近的晶格常数 和热膨胀系数 工作温度工作温度 600 SiC是电力电子器件的理想衬底是电力电子器件的理想衬底 低的开启电阻 高的击穿电压 高的热导率 高的工作温度 降低开关损耗 降低冷却需求 器件小型
3、轻量化 提升系统 整体性能 降低开关损耗缩小尺寸 减轻重量 2014 LED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 38 SiC电力电子器件应用领域电力电子器件应用领域 应用优势 中高压应用优势 中高压 中高端市场应用中高端市场应用 2019年年SiC电力电子器件市场达约电力电子器件市场达约8亿美元 其中在亿美元 其中在电动汽车电动汽车 混合 电动汽车的份额占 混合 电动汽车的份额占50 光伏逆变器约占 光伏逆变器约占20 SiC电力电子器件市场需求电力电子器件市场需求 数据来源 Yole Developpement 2014 LED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 39 美国导弹防
4、御系统美国导弹防御系统 美军美军F A 18战斗机战斗机 美军美军 伯克伯克 级驱逐舰级驱逐舰 SiC射频微波器件在军事 航天领域应用射频微波器件在军事 航天领域应用 SiC是重要的战略物资 广泛应用于军工 航天等领域是重要的战略物资 广泛应用于军工 航天等领域 提高雷达 通信 电子对抗以及智能武器等整体性能和可靠 性 使战斗机 战舰等减轻重量 增强机动性 高击穿电场 Si基VS SiC基雷达性能对比 采用采用Si基器件基器件采用采用SiC基器件基器件 探测距离探测距离4000 4800 公里公里7000 8000 公里 分辨率 公里 分辨率10 cm2 5 cm 重量重量5 万吨万吨0 2
5、1 万吨 体积 万吨 体积40 70 米米20 米米 其它其它 耐高温 抗辐射 可靠性高耐高温 抗辐射 可靠性高 探测距离更远 分辨率更高 重量更轻 体积更小 探测距离更远 分辨率更高 重量更轻 体积更小 2014 LED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 40 SiCSiC基基基基 高亮度高亮度高亮度高亮度LEDLED SiCSiC基高亮度基高亮度基高亮度基高亮度LEDLED应用应用应用应用 背光源背光源背光源背光源 交通信号灯交通信号灯交通信号灯交通信号灯 信息显示信息显示信息显示信息显示 汽车用灯汽车用灯汽车用灯汽车用灯 舞台照明舞台照明舞台照明舞台照明景观照明景观照明景观照明景观
6、照明 室外照明室外照明室外照明室外照明 SiC晶体生长方法晶体生长方法 物理气相传输法 物理气相传输法 PVT 法 高温化学气相沉积法 法 高温化学气相沉积法 HTCVD法 液相法 法 液相法 LPE法 法 应用企业Cree II VI SiCrystal Dow Corning Nippon Steel 我国所有企业 瑞典 Norstel日本 住友金属 丰田电装 技术成熟度技术成熟不成熟不成熟 优点技术成熟 固态原料 成本较低 原料可持续供应 精确控制原料Si C 生长的晶体质量高 缺陷少 缺点原料持续供应性较差 气相成分比例控制较 差 气态原料 成本高 技术不成熟 缺陷较 多 原料持续供应
7、性差 气相成分比例控制 差 2014 LED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 41 SiC衬底制备工艺流程衬底制备工艺流程 生长温度高达高达2300 C 直接 精确控温困难 SiC晶体结构200多种多种 常见 四种 自由能差异小 气相法生长 原料升华为非 同成份升华 非 同成份升华 熔体法采用的缩径 放肩技术 不能用于SiC晶体 气相法单晶 直径放大技术 气相法单晶 直径放大技术需自主研发 PVT法法SiC晶体生长技术难点晶体生长技术难点 2014 LED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 42 报告内容报告内容报告内容报告内容 SiC性能优势与市场应用性能优势与市场应用 SiC
8、晶体产业进展晶体产业进展 SiC晶体在晶体在LED产业中应用产业中应用 天科合达公司研发进展天科合达公司研发进展 SiC晶体产业发展现状晶体产业发展现状 1 1 SiCSiC晶体行业信息由完全封晶体行业信息由完全封晶体行业信息由完全封晶体行业信息由完全封 闭向选择性披露转变 闭向选择性披露转变 闭向选择性披露转变 闭向选择性披露转变 2 2 众多企业开始开发 众多企业开始开发 众多企业开始开发 众多企业开始开发 适合工业化生产的适合工业化生产的适合工业化生产的适合工业化生产的SiCSiC 长晶炉 包括基本工长晶炉 包括基本工长晶炉 包括基本工长晶炉 包括基本工 艺 艺 艺 艺 3 美国 日本
9、德国 和我国整体实力走在前 面 俄罗斯 韩国和台 湾正在积极跟进 美国 日本 德国 和我国整体实力走在前 面 俄罗斯 韩国和台 湾正在积极跟进 4 4 目前晶片尺寸以 目前晶片尺寸以 目前晶片尺寸以 目前晶片尺寸以4 4英英英英 寸为主 但正在向与寸为主 但正在向与寸为主 但正在向与寸为主 但正在向与SiSi 器件生产线相兼容的器件生产线相兼容的器件生产线相兼容的器件生产线相兼容的6 6 英寸过渡 英寸过渡 英寸过渡 英寸过渡 2014 LED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 43 目前市场上以4英寸为主 占70 左右比例 2011年Cree发布6英寸产品 目前小批量销售 2012年I
10、I VI Nippon Steel DowCorning发布6英寸 产品 2013年 ICSCRM SiCrystal 天科合达 山东天 岳 韩国SKC均宣称在开展6英寸晶体研发 SiCSiC晶体尺寸发展趋势晶体尺寸发展趋势晶体尺寸发展趋势晶体尺寸发展趋势 SiCSiC晶体缺陷发展趋势晶体缺陷发展趋势晶体缺陷发展趋势晶体缺陷发展趋势 微管密度 MPD 控制不再是技术问题 Cree公司6英寸 晶片MPD最好 0 1个 cm2 平均MPD 1个 cm2 LED应用 MPD 2个 cm2 电力电子应用 MPD 0 5 个 cm2 射频微波应用 MPD 0 2个 cm2 位错方面 通过外延消除位错技术
11、 基平面位错 BPD 可消除90 以上 螺位错可降低40 左右 目前的研究重点是减少螺位错 刃位错和原料持续供 应技术 2014 LED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 44 SiCSiC晶片价格发展趋势晶片价格发展趋势晶片价格发展趋势晶片价格发展趋势 数据来源 Yole Developpement SiC晶片市场需求预测晶片市场需求预测 不含 不含 不含 不含LEDLED衬底 衬底 衬底 衬底 2019年年SiC晶片市场规模约晶片市场规模约3 4亿美元 不含亿美元 不含LED衬底 衬底 数据来源 Yole Developpement 20192019年年年年LEDLED衬底衬底衬底衬
12、底 市场约市场约市场约市场约1616亿美元 亿美元 亿美元 亿美元 2014 LED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 45 已商品化已商品化SiC功率器件种类和规格功率器件种类和规格 78 脉冲 114 脉冲 1200JFET 10 14 18 20 22 30 40 501200MOSFET 10 251700 2 5 8 10 15 20 30 40 501200 2 3 4 5 6 8 9 10 12 15 16 20 30 40 650 1 2 3 4 6 8 10 12 16 20 28 40600 SBD 电流 A 电压 V 器件类型 材料材料器件器件模块模块 长晶设备长晶
13、设备 天科合达 沈阳科仪 中电2所 七星华创 天科合达 沈阳科仪 中电2所 七星华创 天科合达 山东天岳 河北同光 东莞天域 瀚天天成 中电55 13所 天科合达 山东天岳 河北同光 东莞天域 瀚天天成 中电55 13所 泰科天润 苏州能讯 江苏能华 南车时代 国网智研院 华为海思 泰科天润 苏州能讯 江苏能华 南车时代 国网智研院 华为海思 南车时代 华为海思 国网智研院 中兴通讯 南京银茂 南车时代 华为海思 国网智研院 中兴通讯 南京银茂 国内国内SiC产业主要企业产业主要企业 2014 LED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 46 材料材料器件器件模块模块 长晶设备长晶设备 C
14、ree II VI SiCrystal DowCorning Nippon Steel Showa Denko Cree Infineon Rohm Mitsubishi TOSHIBA DENSO Cree Rohm Mitsubishi 国际国际SiC产业主要企业产业主要企业 Linn GTAT PVA Tepla Ezan 报告内容报告内容报告内容报告内容 SiC性能优势与市场应用性能优势与市场应用 SiC晶体产业进展晶体产业进展 SiC晶体在晶体在LED产业中应用产业中应用 天科合达公司研发进展天科合达公司研发进展 2014 LED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 47 几种几
15、种LED衬底分析衬底分析 缺陷多 离商业 化有距离 技术成熟 直拉法 区熔法 缺陷多 离商业 化有距离 技术成熟 直拉法 区熔法 56 17 SiAl2O3SiCGaN 与与GaN晶格 失配 晶格 失配 13 8 3 4 无 与 无 与GaN热膨 胀失配 热膨 胀失配 33 9 25 无 主要生长方 法 泡生法 热交换 法 无 主要生长方 法 泡生法 热交换 法 PVT法 法 HTCVD法法 HVPE 法 法 MOCVD法 技术成熟度技术成熟技术成熟不成熟 法 技术成熟度技术成熟技术成熟不成熟 LED应用国内中低端应用国内中低端 LED 国外有高 端产品 国外有高 端产品 1W 高亮度 大功率
16、 高端 高亮度 大功率 高端LED 无商业化无商业化 SiC衬底相对蓝宝石的优势衬底相对蓝宝石的优势 热导率高热导率高 4 9W cm K 适合于大功率 高亮度适合于大功率 高亮度LED 与与GaN基材料晶格失配小 有助于提高外延材料质量基材料晶格失配小 有助于提高外延材料质量 导电衬底 可制备垂直结构的发光器件 减少制作阴极 电极的工序 增加发光面积 导电衬底 可制备垂直结构的发光器件 减少制作阴极 电极的工序 增加发光面积 热导率高热导率高 4 9W cm K 适合于大功率 高亮度适合于大功率 高亮度LED 与与GaN基材料晶格失配小 基材料晶格失配小 有助于提高外延材料质量有助于提高外延材料质量 导电衬底 导电衬底 可制备垂直结构的发光器件 减少制作阴极 电极的工序 增加发光面积 可制备垂直结构的发光器件 减少制作阴极 电极的工序 增加发光面积 2014 LED 配套材料产业发展交流对接会 中国 海宁 48 3 SiC基本线性和非线性光学性质研究基本线性和非线性光学性质研究 导电导电4H和和6H的载流子浓度分别为的载流子浓度分别为2 8 1018 cm3及及1 2 1018 cm
