國內外碳化硅產品標準比對分析

為探明碳化硅國內外標準的情況和差異，本文調研、分析并選擇了中國國家標準和行業標準、國際標準及美國、歐洲、日本、俄羅斯、羅馬尼亞相關標準，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、碳化硅晶片產品規格等進行標準比對。

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、介電常數低及化學穩定性好等諸多優點，是具有廣闊發展潛力的第三代新型半導體材料。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，可廣泛應用于新能源汽車、5G通信、光伏發電、軌道交通、智能電網、航空航天等現代工業領域，在我國“新基建”的各主要領域中發揮重要作用。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，其中第三代半導體被納入關鍵戰略材料發展重點。

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

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“十四五規劃”中提名，足以說明其重要程度已經上升到了國家的層面。相信在國家的助推下，國內將迅速形成適合第三代半導體發展的環境，前景十分值得期待。

另一方面，碳化硅對于提振地方經濟意義重大。例如：作為“十四五”時期要全力打造“碳化硅”作為拳頭型產品的山西省，在《山西省“十四五”新產品發展規劃》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模產業化，開展碳基半導體等新型材料基礎研究?？梢钥闯?，碳化硅是山西省“十四五”期間重點發展的產品。

因此，對比我國與美國、日本、歐洲等發達國家及地區碳化硅產品標準，分析我國碳化硅標準的先進與不足之處，借鑒和引用發達國家的先進經驗和技術標準，對于提升碳化硅質量，促進碳化硅產業轉型升級具有重要的意義。

1、國內外碳化硅產品概況

1.1 碳化硅產業國內概況

國際上部分國家在該領域起步早，6英寸碳化硅襯底已經量產，8英寸已研制成功。而國內以4英寸為主，6英寸尚處在攻關階段。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定的供貨情況大大限制了國內相關行業的發展。目前，中國有碳化硅冶煉企業200多家，年生產能力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、微粉生產企業300多家，年生產能力200多萬噸，國內碳化硅產業廠商見表1。

表1 SiC產業鏈國內廠商情況

1.2 碳化硅產業國外概況

受新能源汽車、工業電源等應用的推動，全球電力電子碳化硅的市場規模不斷增長，2020年的市場規模達6億美元。在競爭格局方面，行業龍頭企業的經營模式以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，國內外廠商的競爭差距較大。

在半導體應用中，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、工業電源等應用的推動，全球電力電子碳化硅的市場規模從4.3億美元增長至5.64億美元，2020年的市場規模超過6億美元。

表2 國內外生產高純石英砂龍頭企業

從全球碳化硅襯底的企業經營情況來看，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%?？傮w來看，在碳化硅市場中，美國廠商占據主要地位（詳見表3）。

表3 SiC產業鏈國外廠商情況

2、國內外碳化硅產品標準化概況

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

2.1 我國碳化硅產品標準化概況

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

2.2 國外碳化硅產品標準化概況

目前，世界大多數發達國家市場經濟運行了較長時期，法律法規健全，競爭機制規范，常依靠買賣雙方合同約定，只對涉及碳化硅產品間配合/配套的術語、代號、尺寸公差、粒度標號/粒度分布和各項質量性能指標的測試分析方法制定國家標準或者協會標準。從國外發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）現行的碳化硅及其制品相關標準共有6項；美國現行的碳化硅相關標準共有14 項；歐洲現行的碳化硅相關標準共有49項；日本現行的碳化硅相關標準共有5項；俄羅斯現行的碳化硅相關標準共有8項。

現行的國外碳化硅相關產品標準有2個，即羅馬尼亞標準SR 5064《碳化硅》和俄羅斯標準GOST 26327《碳化硅磨料技術規范》。

3、國內外碳化硅產品標準比對研究

3.1 可比對的碳化硅國內外標準

通過碳化硅產品相關標準的收集與分析，表4~表7列出了國內外可比對的標準。 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 碳化硅產品關鍵指標比對

3.2.1碳化硅物理特性標準比對

我國現執行的碳化硅產品技術條件國家標準為GB/T 2480《普通磨料碳化硅》，根據不同用途分牌號規定了粒度組成、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日發布了碳化硅磨料的技術條件國家標準GOST 26327《碳化硅磨料技術規范》，規定了綠碳化硅磨料和黑碳化硅磨料的相關技術水平指標，包括粒度組成、化學成分、磁性物含量、密度、粉化率等項目。羅馬尼亞標準協會（ASRO）發布的國家標準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

中國工業生產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合劑磨具、砂帶用黑碳化硅；陶瓷結合劑磨具、砂帶用綠碳化硅；有機結合劑磨具用黑碳化硅；有機結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《碳化硅磨料技術規范》對碳化硅磨料分為綠色碳化硅和黑色碳化硅兩種，其質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》根據顏色將碳化硅分為綠色碳化硅（GC）和黑色碳化硅（GC）；根據碳化硅含量（SiC）分為優質碳化硅（S）和普通碳化硅（N）。

3.3 比對結論

通過各項標準指標比對結果可以看出：

（1）國外有關碳化硅標準，例如：GOST 26327、SR 5064和 JISR 6111，都制定了碳化硅產品的理化性能標準，其指標要求比中國國家標準寬松。但在對外技術交流和貿易合作過程中，我們發現發達國家碳化硅 生產企業和應用企業標準指標遠遠優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實際質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品，發達國家根據其用途不用，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品，專用產品的企業標準指標要求也不同，使生產者和使用者找到了最佳結合點，產品產生了最大效益； （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、歐盟及日本等發達國家及地區而言較為完整，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）從碳化硅晶片相關標準比對結果看，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標準，而美國、歐盟、日本等發達國家及地區沒有涉及。針對碳化硅外延片表面缺陷的測試環境，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 國內碳化硅產品標準優勢

通過調研發現，中國電科（山西）碳化硅材料產業基地作為全國最大的碳化硅材料供應基地，其產品主要面向國內市場。目前國內碳化硅材料供應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，在國內最早實現了高純度碳化硅單晶的商業化量產，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，實現了完全自主供應。

4.2 國內碳化硅產品標準不足

目前我國已成為碳化硅的生產大國，但還不是碳化硅產業強國。 從產品來看，國內碳化硅產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品生產工藝技術還被國外壟斷； 在碳化硅深加工產品上，對粒度砂和微粉產品的質量管理不夠精細，產品質量的穩定性不夠，國內產品技術含量低，與美國、日本、歐洲等發達國家及地區先進水平相比還有較大差距，國內高端技術產品缺乏； 此外，西方發達國家從事該產品研發生產時間早經驗豐富，產品指標領先我國，且產品驗證周期長、產品技術壁壘難以打破，國內產品難以進入國際市場；

最后，碳化硅屬于發展中產品，有較大的市場需求，但其工藝不成熟，標準也處于低發展狀態，例如：沒有統一的包裝標準，檢驗標準不完善等。

4.3 提升我國碳化硅產業發展的對策建議 針對我國碳化硅產品發展存在的不足，提出了下述建議和對策。

（1）制定培育和扶持碳化硅產品的政策和實施細則

（2）修訂完善碳化硅產品的質量標準體系

（3）借助科技力量，加強技術創新

審核編輯：黃飛

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