碳化硅的全球生产能力是什么？

内容菜单

● 碳化硅简介

● 全球生产能力概述

>> 当前的生产量表

>> 领先的生产商和区域分销

● 碳化硅制造工艺

>> 传统生产方法

>> 高级制造技术

● 驾驶碳化硅需求的应用

>> 半导体行业

>> 工业和冶金用途

>> 油气钻井

>> 采矿设备

>> 国防和航空航天

● 环境影响和可持续性努力

● 新技术领域的新兴应用

● 市场挑战和竞争格局

● 未来的研究方向和创新

● 结论

● 常问问题

>> 1。制造碳化硅的主要方法是什么？

>> 2。哪些国家主导碳化硅生产？

>> 3.哪些行业从碳化硅中受益最大？

>> 4。碳化硅制造的挑战是什么？

>> 5。碳化硅如何影响电动汽车技术？

碳化硅（SIC）是一种高性能的材料，在各种高科技和工业应用中都是必不可少的。从半导体和电力电子设备到采矿工具和军事设备， 硅碳化物的独特特性（例如出色的硬度，导热率和化学稳定性）使其成为现代制造和技术的基石。本文探讨了碳化硅的全球生产能力，所涉及的制造过程，其不同的应用，新兴趋势以及塑造其市场格局的可持续性努力。

碳化硅简介

碳化硅是一种硅和碳的化合物，其极端硬度，高导热率和化学惰性。它是合成生产和用于广泛的行业，包括电子，冶金，石油和天然气钻探，采矿，建筑和防御。

碳化硅的生产涉及复杂的过程，以确保高纯度和晶体质量，尤其是对于半导体应用。全球对碳化硅的需求正在迅速增长，这是由于电动汽车，可再生能源技术和先进的工业应用的兴起而驱动的。

全球生产能力概述

当前的生产量表

截至2023年，总宣布的硅碳化物晶片的全球生产能力（主要用于半导体和电源设备制造）约为280万150毫米晶圆晶片。这种能力分布在不同地区的建立和新兴公司之间：

- 中国大陆占晶圆晶圆的等效量约为150万，在成熟的公司（70万）和新兴公司（80万）之间分配。

- 世界其他地区拥有约130万个晶圆的等效物，其中有120万公司来自已成熟的公司，而新兴公司的100万人则拥有110万。

到2027年，全球生产能力预计将急剧增加约800万个晶圆剂量，总计约1090万150毫米的晶圆晶片。预计中国大陆将以540万晶圆厂的当量（已建立250万，来自新兴公司的290万个晶圆）为这一增长做出重大贡献，而全球其他地区将增加550万晶圆厂的等效量（已建立的480万，来自新兴公司的570万美元）。

领先的生产商和区域分销

全球硅碳化物市场由沃尔夫·斯皮德（Wolfspeed），连续性，罗姆（Rohm）的西克里斯塔尔（Sicrystal），SK Siltron，Stmicroelectronics，Onsemi，Infineon和几家中国制造商等关键参与者主导。中国已经迅速扩大了其生产能力，预计到2024年，将占全球碳化物晶体晶体供应的近一半，这标志着市场动态发生了重大变化。

欧洲和美国仍然是专注于高质量生产和创新的既定制造商的所在地，而中国的积极扩张正在推动数量增长和降低成本。

碳化硅制造工艺

传统生产方法

生产碳化硅粉末的最常见方法是在19世纪后期开发的acheson工艺。它涉及在1600°C至2500°C的温度下在电阻炉中加热二氧化硅砂和碳的混合物，从而导致纯度变化的硅碳化物晶体。

对于半导体晶圆中使用的高纯度单晶，使用了Liely方法或其现代变体。该过程可在高温下升华碳化硅粉末，并将其重新充分到种子晶体上，从而产生大型，高质量的单晶。

高级制造技术

化学蒸气沉积（CVD）被广泛用于生长半导体设备的外延碳化硅层。该方法可以精确控制晶体生长和掺杂，这对于高性能功率电子必不可少。

最近的进步包括：

- 精度提高到1°C的温度控制系统。

- 均匀晶体生长的多段温度梯度控制。

- 智能自动化和AI辅助生产，提高效率和降低缺陷。

- 物理蒸气运输（PVT）和可扩展生产的连续进料升华方法。

在过去五年中，这些创新使制造成本降低了约40％，同时将产品质量降低。

驾驶碳化硅需求的应用

半导体行业

硅碳化物的电力电子设备在更高的电压，温度（高达200°C的连接温度）和频率的能力上，与传统的硅设备相比，它正在彻底改变电力电子设备。 Sic Mosfets和Schottky Diodes提供：

- 将传导损失减少多达50％。

- 提高开关速度10倍。

- 较小，更轻的功率模块，具有改进的热管理。

这些优点在电动汽车（EV），太阳逆变器，工业电机驱动器和能源存储系统中至关重要。

工业和冶金用途

SIC由于其硬度和热电阻而广泛用于磨料，切割工具和难治材料。在冶金中，碳化硅是用于炼钢的硅和碳的来源，改善了铸铁质量并减少排放。

油气钻井

钻头，井下工具和套管等碳化硅组件对于在恶劣的环境中进行深井钻孔至关重要。 SIC的耐用性和高温阻力提高了钻井效率和安全性。

采矿设备

SIC零件在磨料的采矿条件下改善了切割工具的寿命和性能。先进的制造技术可实现定制的形状和涂料，从而减少维护和环境影响。

国防和航空航天

SIC电子能够承受军用车辆，雷达系统和航空航天应用的极端温度和电力需求。美国国防部利用了SIC的增强功率密度和可靠性，与半导体创新计划保持一致。

环境影响和可持续性努力

碳化硅的生产虽然技术先进，但也面临着环境挑战。能源密集型的acheson工艺有助于大量的碳排放。但是，制造商越来越多地采用更绿色的技术和可再生能源来减少碳化硅生产的碳足迹。碳化硅材料和废物最小化策略的回收也在该行业中受到关注。

可持续性倡议包括开发低能量合成方法以及使用更丰富且环境破坏的替代原材料。这些努力不仅有助于满足监管要求，还可以吸引对环保的客户和投资者。

新技术领域的新兴应用

除传统用途外，碳化硅还在尖端技术中找到新的应用。例如，由于其出色的热和电性能，正在探索SIC以用于量子计算组件。此外，该材料对高频5G通信设备的开发产生了兴趣，在该设备上，其处理高功率和热量的能力至关重要。

在可再生能源领域，碳化硅在提高风力涡轮转换器和能源存储系统的效率方面至关重要。它的稳健性和效率有助于更长的系统寿命和降低的维护成本。

市场挑战和竞争格局

碳化硅市场的竞争力很高，具有快速的技术进步，新进入者不断重塑景观。知识产权和专利在维持竞争优势方面起着重要作用。公司在研发上进行大量投资，以创新和降低生产成本。

供应链中断，尤其是在原材料可用性方面，对一致的生产带来了风险。地缘政治因素和贸易政策也会影响市场动态，尤其是随着中国制造商的越来越重要。

未来的研究方向和创新

碳化硅的研究集中在增强晶体生长技术以产生更大且无缺陷的晶圆，这对于高性能电子设备至关重要。掺杂方法的创新旨在提高SIC组件的电特性和可靠性。

正在开发用于传感器和生物医学设备的高级应用的纳米结构碳化硅材料。此外，将碳化硅与其他化合物结合的混合材料正在研究中，以根据特定的工业需求来量身定制特性。

结论

碳化硅硅的全球生产能力正在迅速扩大，预计到2027年，中国大陆正在成为主要枢纽，贡献了世界上近一半的供应。碳化硅的独特特性使其在半导体，工业应用，能源生产，防御和采矿中必不可少。制造技术的进步正在提高生产效率和质量，而诸如成本和脆弱性等持续的挑战仍然是重点。随着对高性能材料的需求的增长，碳化硅将继续在塑造技术和工业的未来中发挥关键作用。

常问问题

1。制造碳化硅的主要方法是什么？

碳化硅主要是由粉末的Acheson工艺以及用于半导体中使用的高纯度单晶的Liely方法或化学蒸气沉积（CVD）产生的。高级技术包括物理蒸气运输（PVT）和自动辅助晶体生长。

2。哪些国家主导碳化硅生产？

中国，美国和欧洲国家领导碳化硅生产。到2024年，中国正在迅速扩张，预计将提供近一半的全球市场，而在美国和欧洲的成立公司则专注于高质量的生产。

3.哪些行业从碳化硅中受益最大？

关键行业包括半导体制造（尤其是电力电子），汽车（电动汽车），能源（太阳能逆变器，钻孔），采矿（切割工具），防御工具（军事电子）和冶金（钢制）。

4。碳化硅制造的挑战是什么？

挑战包括材料的脆弱性，高生产成本，加工和加入的困难以及需要超纯的原材料以确保质量一致。

5。碳化硅如何影响电动汽车技术？

SIC电源设备可以在电动汽车动力总成和充电系统中提高效率，更快的开关以及更好的热管理，从而导致较长的驾驶范围，较短的充电时间以及减少系统尺寸和重量。