為探明碳化硅國內(nèi)外標準的情況和差異，本文調(diào)研、分析并選擇了中國國家標準和行業(yè)標準、國際標準及美國、歐洲、日本、俄羅斯、羅馬尼亞相關(guān)標準，選擇碳化硅物理特性、碳化硅磨料化學分析方法、含碳化硅耐火材料化學分析方法、碳化硅晶片產(chǎn)品規(guī)格等進行標準比對。

碳化硅具有禁帶寬度大、熱導率高、電子飽和漂移速率大、臨界擊穿電場高、介電常數(shù)低及化學穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點，是具有廣闊發(fā)展?jié)摿Φ牡谌滦?a target="_blank">半導體材料。碳化硅晶片和外延襯底主要用于制造功率器件、射頻器件等分立器件，可廣泛應(yīng)用于新能源汽車、5G通信、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，在我國“新基建”的各主要領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。我國政府高度重視以碳化硅為代表的第三代半導體材料的研發(fā)，其中第三代半導體被納入關(guān)鍵戰(zhàn)略材料發(fā)展重點。

2021年3月13日，新華網(wǎng)刊登了《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》，其中“集成電路”領(lǐng)域，特別提出碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體要取得發(fā)展。

碳化硅和氮化鎵都屬于第三代半導體寬禁帶半導體材料，能夠在“十四五規(guī)劃”中提名，足以說明其重要程度已經(jīng)上升到了國家的層面。相信在國家的助推下，國內(nèi)將迅速形成適合第三代半導體發(fā)展的環(huán)境，前景十分值得期待。

另一方面，碳化硅對于提振地方經(jīng)濟意義重大。例如：作為“十四五”時期要全力打造“碳化硅”作為拳頭型產(chǎn)品的山西省，在《山西省“十四五”新產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃》中提到：推進6英寸及以上砷化鎵、碳化硅等第二/三代半導體材料和藍寶石材料大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，開展碳基半導體等新型材料基礎(chǔ)研究。可以看出，碳化硅是山西省“十四五”期間重點發(fā)展的產(chǎn)品。

因此，對比我國與美國、日本、歐洲等發(fā)達國家及地區(qū)碳化硅產(chǎn)品標準，分析我國碳化硅標準的先進與不足之處，借鑒和引用發(fā)達國家的先進經(jīng)驗和技術(shù)標準，對于提升碳化硅質(zhì)量，促進碳化硅產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有重要的意義。

1、國內(nèi)外碳化硅產(chǎn)品概況

1.1 碳化硅產(chǎn)業(yè)國內(nèi)概況

國際上部分國家在該領(lǐng)域起步早，6英寸碳化硅襯底已經(jīng)量產(chǎn)，8英寸已研制成功。而國內(nèi)以4英寸為主，6英寸尚處在攻關(guān)階段。我國碳化硅單晶襯底材料長期依賴進口，其高昂的售價和不穩(wěn)定的供貨情況大大限制了國內(nèi)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。目前，中國有碳化硅冶煉企業(yè)200多家，年生產(chǎn)能力220多萬噸（其中：綠碳化硅塊120多萬噸，黑碳化硅塊約100萬噸）；加工制砂、微粉生產(chǎn)企業(yè)300多家，年生產(chǎn)能力200多萬噸，國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)廠商見表1。

表1 SiC產(chǎn)業(yè)鏈國內(nèi)廠商情況

1.2 碳化硅產(chǎn)業(yè)國外概況

受新能源汽車、工業(yè)電源等應(yīng)用的推動，全球電力電子碳化硅的市場規(guī)模不斷增長，2020年的市場規(guī)模達6億美元。在競爭格局方面，行業(yè)龍頭企業(yè)的經(jīng)營模式以IDM模式為主，主要的市場份額被Infineon、Cree、羅姆以及意法半導體占據(jù)，國內(nèi)外廠商的競爭差距較大。

在半導體應(yīng)用中，SiC主要用于電力電子器件的制造。從SiC器件制造流程順序來看，SiC器件的制造成本中襯底、外延的成本占比最大，其中SiC襯底成本占比50%，SiC外延的成本占比25%，這兩大工序是SiC器件的重要組成部分。

在上游原料供應(yīng)方面，高純石英砂是碳化硅的主要原料之一。因高純石英砂的制備成本高、加工工藝要求高，因此目前全球具備批量生產(chǎn)高純石英砂的廠商較少，如表2所示。從下游需求情況來看，2018-2019年，受新能源汽車、工業(yè)電源等應(yīng)用的推動，全球電力電子碳化硅的市場規(guī)模從4.3億美元增長至5.64億美元，2020年的市場規(guī)模超過6億美元。

表2 國內(nèi)外生產(chǎn)高純石英砂龍頭企業(yè)

從全球碳化硅襯底的企業(yè)經(jīng)營情況來看，2018年美國CREE公司占龍頭地位，市場份額達62%，其次是美國II-VI公司，市場份額約為16%。總體來看，在碳化硅市場中，美國廠商占據(jù)主要地位（詳見表3）。

表3 SiC產(chǎn)業(yè)鏈國外廠商情況

2、國內(nèi)外碳化硅產(chǎn)品標準化概況

碳化硅作為一種化學成分較為單一的無機化工原料，其相關(guān)的產(chǎn)品標準較少，多為碳化硅的化學分析標準及檢測標準。目前現(xiàn)行的國內(nèi)外碳化硅產(chǎn)品標準有GB/T 2480《普通磨料碳化硅》，GOST 26327《碳化硅磨料 技術(shù)規(guī)范》和SR 5064《碳化硅》。

2.1 我國碳化硅產(chǎn)品標準化概況

中國目前已基本建成了一套由國家標準、行業(yè)標準和地方標準組成的碳化硅標準體系。目前現(xiàn)行的碳化硅相關(guān)國家標準共24 項，行業(yè)標準共38項，地方標準共3項。我國現(xiàn)行的碳化硅產(chǎn)品技術(shù)標準只有1個，即 GB/T 2480《普通磨料碳化硅》。

2.2 國外碳化硅產(chǎn)品標準化概況

目前，世界大多數(shù)發(fā)達國家市場經(jīng)濟運行了較長時期，法律法規(guī)健全，競爭機制規(guī)范，常依靠買賣雙方合同約定，只對涉及碳化硅產(chǎn)品間配合/配套的術(shù)語、代號、尺寸公差、粒度標號/粒度分布和各項質(zhì)量性能指標的測試分析方法制定國家標準或者協(xié)會標準。從國外發(fā)達國家與組織碳化硅及其制品標準制定情況來看，國際標準化組織（ISO）現(xiàn)行的碳化硅及其制品相關(guān)標準共有6項；美國現(xiàn)行的碳化硅相關(guān)標準共有14 項；歐洲現(xiàn)行的碳化硅相關(guān)標準共有49項；日本現(xiàn)行的碳化硅相關(guān)標準共有5項；俄羅斯現(xiàn)行的碳化硅相關(guān)標準共有8項。

現(xiàn)行的國外碳化硅相關(guān)產(chǎn)品標準有2個，即羅馬尼亞標準SR 5064《碳化硅》和俄羅斯標準GOST 26327《碳化硅磨料技術(shù)規(guī)范》。

3、國內(nèi)外碳化硅產(chǎn)品標準比對研究

3.1 可比對的碳化硅國內(nèi)外標準

通過碳化硅產(chǎn)品相關(guān)標準的收集與分析，表4~表7列出了國內(nèi)外可比對的標準。 表4 碳化硅物理特性標準比對

表5 碳化硅磨料的化學分析方法標準比對

表6 含碳化硅耐火材料化學分析方法標準比對

表7 碳化硅晶片標準比對

3.2 碳化硅產(chǎn)品關(guān)鍵指標比對

3.2.1碳化硅物理特性標準比對

我國現(xiàn)執(zhí)行的碳化硅產(chǎn)品技術(shù)條件國家標準為GB/T 2480《普通磨料碳化硅》，根據(jù)不同用途分牌號規(guī)定了粒度組成、化學成分、磁性物含量、鐵合金粒、密度等項目。俄羅斯國家標準委員會于 1984年11月1日發(fā)布了碳化硅磨料的技術(shù)條件國家標準GOST 26327《碳化硅磨料技術(shù)規(guī)范》，規(guī)定了綠碳化硅磨料和黑碳化硅磨料的相關(guān)技術(shù)水平指標，包括粒度組成、化學成分、磁性物含量、密度、粉化率等項目。羅馬尼亞標準協(xié)會（ASRO）發(fā)布的國家標準SR 5064《碳化硅》，對碳化硅的類型、物理化學特性、體積密度等項目做了規(guī)定。

由于篇幅有限，本文在此僅從碳化硅的分類來介紹：

碳化硅的分類

中國工業(yè)生產(chǎn)的碳化硅主要是黑色碳化硅（SiC含量約95%）和綠色碳化硅（SiC含量約97%以上）兩種。GB/T 2480《普通磨料碳化硅》將磨料碳化硅分為陶瓷結(jié)合劑磨具、砂帶用黑碳化硅；陶瓷結(jié)合劑磨具、砂帶用綠碳化硅；有機結(jié)合劑磨具用黑碳化硅；有機結(jié)合劑磨具用綠碳化硅；手工打磨的砂頁用黑碳化硅；手工打磨的砂頁用綠碳化硅。

俄羅斯國家標準GOST 26327《碳化硅磨料技術(shù)規(guī)范》對碳化硅磨料分為綠色碳化硅和黑色碳化硅兩種，其質(zhì)量等級和粒度分類具體見表8。

表8 俄羅斯GOST標準對碳化硅的分類

羅馬尼亞國家標準SR 5064《碳化硅》根據(jù)顏色將碳化硅分為綠色碳化硅（GC）和黑色碳化硅（GC）；根據(jù)碳化硅含量（SiC）分為優(yōu)質(zhì)碳化硅（S）和普通碳化硅（N）。

3.3 比對結(jié)論

通過各項標準指標比對結(jié)果可以看出：

（1）國外有關(guān)碳化硅標準，例如：GOST 26327、SR 5064和 JISR 6111，都制定了碳化硅產(chǎn)品的理化性能標準，其指標要求比中國國家標準寬松。但在對外技術(shù)交流和貿(mào)易合作過程中，我們發(fā)現(xiàn)發(fā)達國家碳化硅 生產(chǎn)企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)標準指標遠遠優(yōu)于其所在國家標準和我國家標準。有些項目在我國國家標準和部分企業(yè)實際質(zhì)量控制中未列入檢測控制項目，如：振實密度、比表面積、清潔度、韌性、電導率等； （2）針對碳化硅粒度砂與微粉產(chǎn)品，發(fā)達國家根據(jù)其用途不用，按照對口專用、精密化、綜合利用原則，分成了多種牌號專用產(chǎn)品，專用產(chǎn)品的企業(yè)標準指標要求也不同，使生產(chǎn)者和使用者找到了最佳結(jié)合點，產(chǎn)品產(chǎn)生了最大效益； （3）從碳化硅磨料的化學分析方法標準比對和含碳化硅耐火材料化學分析方法標準比對結(jié)果看，我國國家標準的比對項目相較于美國、歐盟及日本等發(fā)達國家及地區(qū)而言較為完整，但也有個別項目沒有涉及，例如：碳化硅磨料的碳化硅、表面硅酸以及全硅等；

（4）從碳化硅晶片相關(guān)標準比對結(jié)果看，我國國家標準對碳化硅單晶拋光片以及晶片檢測方面制定了相關(guān)標準，而美國、歐盟、日本等發(fā)達國家及地區(qū)沒有涉及。針對碳化硅外延片表面缺陷的測試環(huán)境，我國國家標準相較于歐盟以及日本標準要求更高。

4、對策建議分析

4.1 國內(nèi)碳化硅產(chǎn)品標準優(yōu)勢

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，中國電科（山西）碳化硅材料產(chǎn)業(yè)基地作為全國最大的碳化硅材料供應(yīng)基地，其產(chǎn)品主要面向國內(nèi)市場。目前國內(nèi)碳化硅材料供應(yīng)基地全面掌握了高純碳化硅粉料制備工藝、4英寸高純半絕緣碳化硅單晶襯底的制備工藝，形成了從碳化硅粉料制備、晶體生長、晶片加工、外延驗證等整套碳化硅材料研制線，在國內(nèi)最早實現(xiàn)了高純度碳化硅單晶的商業(yè)化量產(chǎn)，高純碳化硅粉料純度和晶體良品率居于國際先進水平，徹底解決了國外對我國碳化硅封鎖的局面，實現(xiàn)了完全自主供應(yīng)。

4.2 國內(nèi)碳化硅產(chǎn)品標準不足

目前我國已成為碳化硅的生產(chǎn)大國，但還不是碳化硅產(chǎn)業(yè)強國。 從產(chǎn)品來看，國內(nèi)碳化硅產(chǎn)品主要集中在中低端市場，真正用于高精尖科技，比如：高級研磨粉、精密電子元件等方面的碳化硅產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術(shù)還被國外壟斷； 在碳化硅深加工產(chǎn)品上，對粒度砂和微粉產(chǎn)品的質(zhì)量管理不夠精細，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性不夠，國內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)含量低，與美國、日本、歐洲等發(fā)達國家及地區(qū)先進水平相比還有較大差距，國內(nèi)高端技術(shù)產(chǎn)品缺乏； 此外，西方發(fā)達國家從事該產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)時間早經(jīng)驗豐富，產(chǎn)品指標領(lǐng)先我國，且產(chǎn)品驗證周期長、產(chǎn)品技術(shù)壁壘難以打破，國內(nèi)產(chǎn)品難以進入國際市場；

最后，碳化硅屬于發(fā)展中產(chǎn)品，有較大的市場需求，但其工藝不成熟，標準也處于低發(fā)展狀態(tài)，例如：沒有統(tǒng)一的包裝標準，檢驗標準不完善等。

4.3 提升我國碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的對策建議 針對我國碳化硅產(chǎn)品發(fā)展存在的不足，提出了下述建議和對策。

（1）制定培育和扶持碳化硅產(chǎn)品的政策和實施細則

（2）修訂完善碳化硅產(chǎn)品的質(zhì)量標準體系

（3）借助科技力量，加強技術(shù)創(chuàng)新

審核編輯：黃飛

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