一、基本概念与原理

• 将 SiC 粉料置于石墨坩埚底部，籽晶固定在顶部

• 通过加热系统 (2000-2400℃高温) 使粉料升华成 Si、Si₂C、SiC₂等气相组分

• 气相物质沿温度梯度上升，在籽晶表面凝华结晶，形成高质量单晶

二、结构组成与核心系统

• 采用高纯度氧化铝陶瓷或石墨材料，耐高温 (>2400℃)、绝缘性好

• 三层结构设计：炉壳、保温层、生长腔室，确保热效率和安全性

• 真空系统：极限真空度达 10⁻⁵Pa，确保无氧环境，防止杂质污染

• 温度控制系统：精度达 ±0.5~1℃，多温区独立控温，确保热场稳定性

• 气路系统：精确控制压力 (0.1~1000Torr) 和气氛，调节生长速率

• 旋转 / 升降机构：坩埚旋转 (0.01~30mm/h) 和线圈移动，优化温度分布，促进长厚

三、技术路线与对比

• 技术成熟度最高，应用最广泛，适合 4-8 英寸商业化生产

• 优势：工艺稳定，晶体质量高，可精确控制晶型

• 挑战：生长周期长 (7-14 天)，能耗高，缺陷控制难度大

• 在较低温度 (1600-1800℃) 下，通过硅基溶液溶解碳源生长

• 优势：能耗低，生长速率快，缺陷密度低，有望降低成本

• 现状：仍处于研发阶段，尚未大规模商业化

• 利用硅熔体作为溶剂，在籽晶上外延生长

• 优势：生长速率高，晶体质量好，适合特定应用场景

四、技术难点与突破

• 碳化硅有 200 多种晶型，温度波动 ±5℃就可能导致晶型转变

• 国内 80% 企业温控精度仅 ±5℃，而国际领先水平已达 ±0.5℃

• 传统 PVT 过程无法实时观察内部状态，全凭经验调节，良率波动大 (±15%)

• 突破：晶升股份开发的可视化系统通过红外 / 光学监测 + AI 算法，使良率提升 20%，将开发周期缩短至原来的 1/10

• 8 英寸技术突破：晶升股份、科友半导体、电科装备等已实现 8 英寸设备量产

• 12 英寸布局：晶驰机电、山西天成等已完成研发，计划 2025 年投放市场

五、市场格局与应用

• 2025 年全球 6 英寸单晶炉市场约 100 亿元，中国市场约 40 亿元

• 8 英寸设备单价约 2000-3000 万元，12 英寸达 5000 万元以上，毛利率普遍在 40% 以上

• 新能源汽车：主驱逆变器、OBC (车载充电机)，能量转换效率提升 30%，续航增加 10%

• 光伏 / 风电：逆变器体积减少 50%，效率提升至 99% 以上

• 5G / 数据中心：射频器件、电源模块，功耗降低 60%

• 航空航天：耐高温、抗辐射电子系统

六、发展趋势

1. 智能化升级：AI + 大数据 + 可视化，实现 "黑灯工厂" 式全自动生产

2. 降本增效：

   • 热场优化：延长使用寿命至 200 炉次以上 (目前仅 50-80 炉次)

   • 生长速率提升：从当前 0.1-0.3mm/h 提高至 1mm/h 以上

   
   

3. 多元化技术路线：PVT 主导下，TSSG、液相法加速研发，形成互补格局

4. 国产替代加速：设备国产化率已超 70%，在 8 英寸领域与国际差距大幅缩小