目前业界对SiC和GaN等材料的性能及在功率领域应用优势分析较多 ，一般会提到芯片成本是硅基产品的五到八倍等结论，而对于为何会有这样差距的原因探讨得较浅。本文意在提供更多直接的数据来帮助大家有更深入的认识，从而全面的分析一种材料技术的改进难度，以及新材料导入市场所主要考虑的因素。

1、衬底制造环节的分析

（1）晶片尺寸：三种材料目前的尺寸基本相当，即单片衬底的芯片产出相差不大（GaO器件做成垂直器件相对会更小，此处差异忽略不计）。SiC已有8寸单晶衬底、GaN（自支撑）目前有4寸量产产品，6寸样品刚进入市场，未量产暂时未考虑。

（2）设备投入（晶体生长炉+坩埚+晶体加工设备）：GaO设备投入每条产线投入约350万，SiC设备投入每条产线550万，GaN设备投入每条产线800万。

（3）生产效率：GaO每月可产出8炉，年产80炉，可产800片，边角料短期内还可切成10mm * 10mm的小片销售给科研单位研究用，每炉100片，年产8000片小片。SiC每月可产4炉，年产40炉，可产400片，不能按小片销售，且良率按30%算约为120片。GaN自支撑衬底产量更小。在材料学领域，一般以2100℃作为晶体生长的分界线，低于此温度可以使用常规的设备，一旦工艺温度超过该界限，则需使用加热、保温等完全不同的材料体系，即完全不同的特殊设备，价格要比常规设备高出数倍。PVT-SiC

晶体生长温度高达2400℃，且跟GaN一样，无法通过可视化窗口观察生长过程进行控制，因此设备价格、加工能耗、良品率都较低，导致这两种衬底材料成本高企不下。而GaO的衬底成本约为SiC的1/3~1/5，具有明显的成本优势。液相法SiC解决了PVT法不可视良率低、需要高温、缺陷密度高、只能做N型的问题，实现高良率、低能耗、高品质、可生产P型等效果，即低成本、但同时也会极大促进SiC产品的应用，可能会对GaO市场推动也带来一定影响。

关于液相SiC和无铱GaO这两种优势技术来说，需要补充的是：

① 晶体

液相SiC长成的晶体为正六方型，即使达到6寸，也只能切成4寸使用，造成很大的浪费，尺寸越大浪费越多。

无铱GaO晶体是圆柱形，可直接切成同直径圆盘。

② 成本

预计当技术成熟时，即良率相同的情况下，碳化硅比氧化镓的成本至少贵30%，而且尺寸越大，成本差距越明显，氧化镓优势越大。 氧化镓

③ 优势

目前液相SiC技术尚处在实验室阶段，从理论上看，该技术生成的SiC晶体质量会更高，不仅位错降一个数量级，而且因成品率提高（液相SiC天然较气相SiC成品率高），使得成本差不多相较当前的气相法SiC能降50%。而且与无铱GaO一样的是，尺寸越大成本降低越明显。

④ 瓶颈

工艺温度为1700~1800℃，而此前由于SiC材料在温度还未达到熔点融化就升华了。日本、国内某研究所以及我国某创业公司的技术路线基本相同，未来主要区别在于技术细节的把控和对下列问题的解决：

一是生产中炉内缺乏可视系统，导致成品率无法保证，尤其是籽晶接触液面缺乏探测手段，籽晶很薄只有1毫米，过浅尚未接触无法结晶，过深没入液面无法生长，需要特殊的控制手段。

二是溶剂，碳在溶剂里面溶解度很低，如果超出就形成碳簇，会围绕碳簇形成多晶，导致生产失败，因此工艺上对热场和流场的要求很高，需要稳定和合理的工艺控制技术。

三是该技术SiC同样长不厚，仅几毫米厚，一般不超过10mm，还要留出3mm以上做下一炉生产的籽晶，因此实际生产效率提高不多，后续研发需要解决的关键问题是如何继续长厚，而且大规模生产中还需要开发自动配料系统，持续稳定供应合适的溶液。

2、 外延及芯片制造阶段的对比

（1）SiC、GaN的外延生长设备成本就明显要高出GaO材料数倍，且因为外延时间较短，thc≫tepi，即升温、降温的时间要远远大于实际外延生长时间，所以几种材料外延的速度差异并不明显，而且由于各家技术有差异，用途不同的外延也有些许差别，此处不做更深入的比较。目前各种材料的外延技术较为成熟，可以满足市场的需求。

（2）芯片加工阶段，由于GaO、SiC可以使用垂直结构，所以同等规格下，芯片面积较小，为便于比较，暂时忽略这种优势，三种材料在功率芯片加工过程的成本差异不大。综上，可以看出，GaO器件Z终成本低于SiC、GaN，且性能更好，具有独特的竞争优势。