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第三代半导体：国内碳化硅产能增长迅速，8英寸碳化硅时代在望。
半导体材料是现代科技的基石，经历了从硅（Si）到砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP），再到碳化硅（SiC）的三次重大发展。这些材料各自具有独特的物理和化学特性，推动了精密科技的飞跃发展。
第一代半导体材料即是以硅和锗等元素为代表的单质半导体材料，它的发现直接推动了人类通信、航空光伏技术的发展。自20世纪中叶以来，硅基半导体在集成电路、微处理器和各种电子设备中的应用无处不在。硅（Si），作为第一代半导体材料，带隙适中，以其稳定性、成熟工艺和低成本占据了主导地位，硅基半导体材料今日依然是产量最大、应用最广的半导体材料，90%以上的半导体产品是用硅基材料制作的。
第二代半导体材料以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表的化合物半导体，相对硅基器件具有高频、高速的光电性能，被广泛应用于光电子和微电子领域，是制作发光二极管的关键衬底。
相对于硅基半导体材料，第二代半导体材料（即：单质半导体VS化合物半导体）在性质上有两大区别：
1、电子迁移率快，可适用于高频传输，因此在无线电通讯，如手机、基地台、无线区域网络、卫星通讯、卫星定位等皆有应用；
2、具有直接带隙，可适用发光领域，如发光二极管（LED）、激光二极管（LD）、光接收器（PIN）及太阳能电池等产品。可用于制造超高速集成电路、微波器件、激光器、光电以及抗辐射、耐高温等器件，对国防、航天和高技术研究具有重要意义。
第二代半导体是高性能微波、毫米波器件及发光器件的理想材料，广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信和GPS导航等领域。然而，由于Ga和In的地壳含量极低，这两种材料资源稀缺，价格昂贵。
第三代半导体材料以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体材料。（宽禁带（Wide Band Gap，WBG）是指半导体材料具有的较大能带间隙。在固态物理学中，禁带宽度是指价带顶部和导带底部之间的能量差。禁带宽度的大小直接影响材料的电子特性和物理行为。）第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的导热率、更高的抗辐射能力、更大的电子饱和漂移速率，同时具有电能消耗较少的优势。可以实现更好的电子浓度和运动控制，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率电子器件，在光电子和微电子领域具有重要的应用价值。目前，市场火热的5G基站、新能源汽车和快充等都是第三代半导体的重要应用领域。
图：第一代、第二代、第三代半导体材料的主要应用与性能特点
这三种材料的发展反映了半导体技术的进步和多样化需求。硅基半导体将继续在消费电子和计算领域发挥重要作用，砷化镓将在特定的高性能光电子应用中保持其地位，而碳化硅则有望在未来的能源和通信技术中占据主导地位。
据《碳化硅产业调研白皮书》信息，当前中国的碳化硅产业链，已经相当完善，并且涵盖了从原材料到最终产品应用的多个环节，在碳化硅产业上所涉及的环节包括衬底、外延、设计、制造、封测、器件、模组等环节。
SiC衬底：衬底是碳化硅产业中最重要的环节，价值量占比接近50%。没有SiC衬底，就造不出SiC器件，所以衬底是最基本的材料基础。
图：碳化硅衬底生产流程
近年来，6英寸碳化硅（SiC）衬底产品在国内市场实现量产，据《中国6英寸SiC衬底市场研究报告》显示，截至2023年，中国6英寸SiC衬底的折合销量已超过100万片，占全球产能的42%，预计到2026年将达到50%左右。然而，随着产能的迅速扩张，6英寸碳化硅衬底市场出现了价格竞争，国内价格与国际市场的差距扩大至30%左右。
相较于6英寸碳化硅，8英寸碳化硅具有更高的性能优势。首先，在材料利用率方面，8英寸晶圆的面积是6英寸晶圆的1.78倍，这意味着在相同的原材料消耗下，8英寸晶圆可以产出更多的器件，从而降低了单位成本。其次，8英寸碳化硅衬底的载流子迁移率更高，导电性能更好，有助于提高器件的整体性能。此外，8英寸碳化硅衬底的机械强度和热导率也优于6英寸衬底，有利于提高器件的可靠性和散热性能。
SiC外延：外延环节，在SiC制备过程中的价值量占比接近1/4，是从材料到SiC器件制备过程中不可缺少的环节。
外延层的制备，主要是在SiC衬底基础上生长出一层单晶薄膜，再用以制造出所需的电力电子器件。目前外延层的制造，最主流方法是化学气相沉积法（CVD法），利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术。8英寸碳化硅衬底的制备技术难度较大，目前全球范围内能够实现量产的厂商仍然有限。2023年，全球大约有12个与8英寸晶圆相关的扩产项目，8英寸SiC衬底和外延片已经开始出货，晶圆制造端的产能也开始逐渐加速落地。
尽管8英寸碳化硅产线在整个市场中占比不高，但其发展势头强劲，国产碳化硅外延设备市场份额呈现稳步上升态势。
在2021年及之前，国际厂商的碳化硅外延设备在国内市场占据主导地位。然而，随着国内技术的不断突破与创新，至2022年，国产设备与国外设备在市场占比上已实现平分秋色，展现出强劲的市场竞争力。国内首家开启8英寸SiC制造的晶圆厂已宣布8英寸SiC工程批顺利下线，以外延环节为例，在去年头部企业瀚天天成就已对外宣布公司实现8英寸外延技术的突破，已具备量产能力；东莞天域也在去年发布了8英寸的样片，宣布2025年首条8英寸外延产线投产。这一成绩不仅验证了国产设备的技术实力和市场认可度，更为未来几年第三代半导体商用步伐提速奠定了坚实的设备基础，8 英寸碳化硅时代在望。
碳化硅衬底缺陷检测
碳化硅，以其高硬度和强化学惰性的特质，给自身衬底的加工过程（包含切片、减薄、研磨、抛光与清洗等关键步骤）带来了一系列挑战。在制备过程中，加工损耗、损伤频繁出现、效率难以提升等问题接踵而至，并且对后续外延层的质量以及器件的性能产生着深远而严峻的影响，因此，对碳化硅衬底的缺陷识别与检测意义重大，常见的缺陷有：表面划痕、凸起、凹坑等缺陷。
图：SiC衬底晶圆加工过程中裂纹的产生
碳化硅外延片缺陷检测
在产业链中，碳化硅外延片处于碳化硅衬底和碳化硅器件之间，主要通过化学气相沉积法进行生长。由于碳化硅特殊性，其缺陷类型也不同于其他晶体，主要有滴落物（downfall）、三角形（triangle）缺陷、胡萝卜（carrot）缺陷、长三角形（large triangle）缺陷、台阶聚集（step bunching）等，这些缺陷都会对后端器件的电学性能造成影响，比如使器件提前击穿，产生较大的漏电流等。
图：滴落物（downfall）缺陷
图：三角形（triangle）缺陷
图：胡萝卜（carrot）缺陷
图：长三角（large triangle）缺陷
图：表面台阶聚集（step bunching）
在碳化硅衬底与外延片检测等相关领域的研究中，慕藤光凭借自身专业领域的深厚积淀，创新性地给出了别具一格的解题路径。专业光学成像系统解决方案贯穿于半导体制造的全流程，能够依据自动对焦、自动跟焦的技术及图像算法，精确地获取图像数据，精准无误地识别并锁定缺陷所在，大幅提高了产品良率，为半导体制造领域的发展增添了强劲的动力。
SR超分辨率变倍系列，提供更高分辨率，最大变倍比可达到192：1， 对传感器最大可兼容至Φ44，最大NA值提升至0.32，兼容靶 面更大，更大视野范围，提升镜头进光量，成像效果更优无论是视场的边缘区域还是中心区域，都能提供高质量图像，为定位、识别、测量、检测等项目上提供更精准视觉成像效果。
图：慕藤光SR超分辨率变倍
线激光对焦传感器，则可以实时对被测物体进行对焦清晰度监测并反馈信息，实时跟焦，400ms内快速响应调整焦距，且高速对焦下实时保持高对焦清晰度，视野中心与焦点同轴无偏移。此外，还可以分段测量，更大的焦点标记范围，解决以往单点对焦过程中遇到坑洼状况时不能对焦的场景。
图：慕藤光线激光对焦传感器
图像对焦传感器MIAF-400目前已升级到第四代，在原有的基础上各性能都有所提升。是一款具有高速对焦和高精度对焦能力的自动光学检测装置，对焦时间精确小于0.2s，对焦精度高达±0.5μm（10X物镜），对焦范围可达300μm以上，结合自研专利图像算法，可自主调节对焦范围，精度与速度均显著优于同类型的传感器。
图：慕藤光图像对焦传感器
以上三款产品在半导体领域应用十分广泛，慕藤光专注AOI检测，其功能还可覆盖到例如外观缺陷、尺寸大小、间隔定位、识别校准等方面。具体包括晶圆分选机的视觉定位、高精密度晶圆探针台定位、Hybrid Bonding混合键合工艺中的视觉定位、SMT产品的外观检测、晶圆表面检测等。慕藤光始终致力于通过先进的光学成像技术，为半导体行业提供卓越的检测解决方案，助力客户提升产品质量和生产效率。
半导体行业的道路并非坦途，从最初的代工模仿，到如今的自主研发与创新，国产芯片行业在困境中崛起，在挑战中前行。这一过程中，既有企业的兴衰沉浮，也有国家政策的引导与支持，更有无数科技工作者的辛勤付出与智慧结晶。一直以来，慕藤光致力于践行自己的使命：构建微观世界之美，不断深耕研发能力，汲取客户需求与困难，助力国产设备在激荡的国际市场环境中竞逐不败之地。未来，我们定能在微观世界中创造更多奇迹，让国产半导体之光闪耀全球！
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