相較于硅（Si），采用碳化硅（SiC）基材的元件性能優(yōu)勢十分的顯著,，尤其是在高壓與高頻的性能上,，然而，這些優(yōu)勢卻始終未能轉(zhuǎn)換成市場規(guī)模,，主要的原因就出在碳化硅晶圓的制造和產(chǎn)能的不順暢,。

　　由于碳化硅需要在2000°C以上高溫（硅晶僅需在1500°C），以及350MPa以上才能達(dá)成,。若透過添加一些特殊的助燒劑,，或者氣體沉積的方式，則可使碳化硅燒成溫度降到2000°C左右,，且在常壓就能進(jìn)行,。

　　依據(jù)目前的硅晶業(yè)者的生產(chǎn)情況，一般而言,，生產(chǎn)8吋的硅晶棒,，需要約2天半的時(shí)間來拉晶，6吋的硅晶棒則需要約一天。接著,，待晶棒冷卻之后,，再進(jìn)行晶圓的切片和研磨。

　　至于碳化硅晶圓,，光長晶的時(shí)間,，就約需要7至10天，而且生成的高度可能只有幾吋而已（硅晶棒可達(dá)1至2米以上）,，再加上后續(xù)的加工制程也因?yàn)橛捕鹊挠绊懚鄬щy，因此其產(chǎn)能十分有限,，品質(zhì)也不穩(wěn)定,。

　　「由于碳化硅的生產(chǎn)瓶頸尚未解決，原料晶柱的品質(zhì)不穩(wěn)定,，造成整體市場無法大規(guī)模普及,。」瀚天天成電子科技銷售副總裁司馬良亮,，一語點(diǎn)出目前的市場困境,。

　　司馬良亮表示，相較于硅晶,，碳化硅的功能性更好,，在導(dǎo)熱、延展性和導(dǎo)電性方面都有很好的表現(xiàn),，投入的業(yè)者也很多,。但幾年過去，市場規(guī)模依舊十分有限,，并沒有出現(xiàn)大的進(jìn)展,，主要的原因就在于原料晶柱的品質(zhì)不穩(wěn)定，造成沒有足夠的晶圓來供應(yīng)市場,。

　　「只要長晶過程中的溫度和壓力有一些失誤,，那好幾天的心血可能就都會為烏有?！顾抉R良亮說,。

　　目前全球僅約有三、四家業(yè)者（Cree,、Norstel,、新日鐵住金等）能提供穩(wěn)定的產(chǎn)量。中國雖然已著手自產(chǎn),，但在品質(zhì)方面尚未能趕上美日,，因此全球的產(chǎn)能仍十分有限，目前市場也仍是處于短缺的狀況。

　　SiC晶圓生長,，難在哪里,？

　　在現(xiàn)已開發(fā)的寬禁帶半導(dǎo)體中，碳化硅（SiC）半導(dǎo)體材料是研究最為成熟的一種,。SiC半導(dǎo)體材料由于具有寬禁帶,、高擊穿電場、高熱導(dǎo)率,、高飽和電子遷移率以及更小的體積等特點(diǎn),，在高溫、高頻,、大功率,、光電子以及抗輻射器件等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

　　碳化硅的應(yīng)用范圍十分廣泛：由于具有寬禁帶的特點(diǎn),，它可以用來制作藍(lán)色發(fā)光二極管或幾乎不受太陽光影響的紫外線探測器,；由于可以耐受的電壓或電場八倍于硅或砷化鎵，特別適用于制造高壓大功率器件如高壓二極管,、功率三極管,、可控硅以及大功率微波器件；由于具有高飽和電子遷移速度,，可制成各種高頻器件(射頻及微波),；碳化硅是熱的良導(dǎo)體, 導(dǎo)熱特性優(yōu)于任何其它半導(dǎo)體材料，這使得碳化硅器件可在高溫下正常工作,。

　　和現(xiàn)行主流的硅(Si)制電源控制芯片相比,，SiC制電源控制芯片擁有更優(yōu)異的耐高溫、耐電壓和大電流特性,。而除了原有的電源用途之外,，SiC電源控制芯片也加快應(yīng)用至車用用途。除鐵道車輛的逆變器(inverter)模組之外,，在需求急速成長的電動(dòng)車(EV)市場上,，車用充電器及急速充電站也持續(xù)轉(zhuǎn)用SiC電源控制芯片。

　　在SiC制備過程中,，晶圓生產(chǎn)是一個(gè)很艱難的操作,。

　　目前已在使用的長晶技術(shù)則包含高溫化學(xué)氣象沉積法（HTCVD），與高溫升華法（HTCVT）兩種,。

　　以臺灣磊拓科技所代理的設(shè)備為例,，旗下代理的PVA TePla品牌的SiCube單晶長晶爐，能夠提供HTCVD和HTCVT這兩種長晶法,，其工作溫度皆需2600°C ,，而工作壓力則落在5至900 mbar。

　　雖然有長晶設(shè)備，但碳化硅晶圓的生產(chǎn)仍是十分困難,，不僅是因?yàn)楫a(chǎn)能仍十分有限,，而且品質(zhì)十分的不穩(wěn)定。

　　圖1 : 碳化硅與硅晶的生產(chǎn)條件比較,。（制圖/CTIMES）

　　以目前良率最高的HTCVD法為例,，它是以攝氏1500至2500度的高溫下，導(dǎo)入高純度的硅烷（silane,；SiH4）,、乙烷（ethane）或丙烷（propane），或氫氣（H2）等氣體,，在生長腔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng),，先在高溫區(qū)形成碳化硅前驅(qū)物，再經(jīng)由氣體帶動(dòng)進(jìn)入低溫區(qū)的籽晶端前沉積形成單晶,。

　　然而,，HTCVD技術(shù)必須精準(zhǔn)的控制各區(qū)的溫度,、各種氣體的流量,、以及生長腔內(nèi)的壓力，才有辦法得到品質(zhì)精純的晶體,。因此在產(chǎn)量與品質(zhì)上仍是待突破的瓶頸,。

　　依據(jù)目前的硅晶業(yè)者的生產(chǎn)情況，一般而言,，生產(chǎn)8吋的硅晶棒,，需要約2天半的時(shí)間來拉晶，6吋的硅晶棒則需要約一天,。接著,，待晶棒冷卻之后，再進(jìn)行晶圓的切片和研磨,。

　　至于碳化硅晶圓,，光長晶的時(shí)間，就約需要7至10天,，而且生成的高度可能只有幾吋而已（硅晶棒可達(dá)1至2米以上）,，再加上后續(xù)的加工制程也因?yàn)橛捕鹊挠绊懚鄬щy，因此其產(chǎn)能十分有限,，品質(zhì)也不穩(wěn)定,。

　　「由于碳化硅的生產(chǎn)瓶頸尚未解決，原料晶柱的品質(zhì)不穩(wěn)定,，造成整體市場無法大規(guī)模普及,。」

　　SiC長晶的困難點(diǎn)除了在石墨坩堝的黑盒子中無法即時(shí)觀察晶體生長狀況外，也因SiC具有200多種生成能皆很相近的晶態(tài)(Polytype),，要在如此嚴(yán)苛的條件下生長出大尺寸,、無缺陷、全區(qū)皆為同一晶態(tài)4H（目前元件基板主流）,，則需要非常精確的熱場控制,、材料匹配及經(jīng)驗(yàn)累積。技術(shù)門檻相較于液相長晶法為高,。