被”卡脖子”的功率半导体关键材料
碳化硅（SiC），这个名字对普通人来说可能有些陌生，但它早已渗透进我们生活的方方面面。
新能源汽车的主驱逆变器、光伏逆变器、充电桩、轨道交通、电网输电……这些领域都离不开功率半导体，而碳化硅正是制造高性能功率器件的关键材料。相比传统的硅基材料，碳化硅具有耐高温、耐高压、低损耗的特性，是新能源汽车800V高压平台、超快充技术的核心支撑。
但长期以来，高端碳化硅衬底的制造技术被少数国际巨头垄断，国内企业在这个领域的话语权有限。直到天岳先进横空出世，格局开始改变。
2025年，天岳先进（SICC）在6英寸、8英寸碳化硅衬底市占率双双位居全球首位，其中8英寸产品全球市占率突破50%，打破了Wolfspeed多年来的榜首地位。这个成绩的背后，是持续多年的技术攻关。
一道困扰行业数十年的难题
为什么P型碳化硅衬底这么重要？
要理解这个问题，得先了解功率半导体器件的基本原理。芯片逻辑电路必须N型和P型材料配对工作，就像电动车需要前后轮、像阴阳两级需要协调配合。没有高性能的P型材料，就像缺了一条腿，再强的N型材料也无法发挥最佳性能。
在硅基半导体领域，P型掺杂是成熟工艺。但在碳化硅领域，情况完全不同。碳化硅的晶体结构比硅复杂得多，可控掺杂的难度也高得多。尤其是P型掺杂——需要在高温低压环境下将铝（Al）原子掺入碳化硅晶体中，这个过程极难控制。
传统的PVT（物理气相传输）生长方法在制备大尺寸P型碳化硅衬底时面临严峻挑战：电阻率均匀性差、缺陷密度高、载流子寿命短。这些问题严重制约了高性能P型SiC器件的发展。
行业需要一个新思路。
液相法：另辟蹊径的突破
天岳先进的答案，是液相法。
2026年4月11日，国际晶体生长领域权威期刊《Journal of Crystal Growth》刊登了天岳先进的最新研究成果《采用液相法生长技术研发6英寸p型4H-SiC衬底及其性能表征》。这篇论文，系统阐述了天岳先进在P型碳化硅衬底领域的最新突破。
液相法是一种更接近热力学平衡的晶体生长工艺。与传统的PVT法相比，液相法在可控P型掺杂方面具有明显优势：可以生长缺陷更少的SiC晶体，尤其适合进行重铝掺杂，是制备高性能P型碳化硅衬底的理想技术路径。
但液相法也有自己的难题：大尺寸扩径困难、缺陷控制复杂、掺杂均匀性难以保证。如何在扩径的同时保证质量一致性，是业界公认的国际难题。
天岳先进的研发团队通过耦合数值模拟与实验，系统揭示了溶液生长中晶体尺寸增大导致质量下降的理论原因——溶液内部热传递效率低下，导致严重的形貌不均匀性。
针对这个问题，团队开发了一套创新性解决方案：强化受迫对流和半球形辐射屏蔽装置，改善生长界面温度均一性，实现对低温区的有效热补偿。这套方案确保了大直径P型碳化硅晶体的稳定生长。
一组数据，读懂技术突破的含金量
理论创新之外，真正的突破体现在性能数据上。
天岳先进此次制备的6英寸P型4H-SiC衬底，各项关键指标均达到国际领先水平：
结晶质量方面，拉曼检测显示衬底100%为4H晶型，XRD摇摆曲线半高宽（FWHM）平均值低至15.6弧秒，最低值达14.1弧秒。4H晶型是碳化硅在功率器件应用中最理想的晶体结构，纯度直接影响器件性能。
电学性能方面，铝掺杂浓度高达1.3×10²⁰atoms/cm³，衬底电阻率不均匀性仅为4%，同棒中轴向电阻率差异仅2%。这个数字意味着什么？电阻率不均匀性从行业平均的10%-15%降低到4%，是质的飞跃。
载流子寿命方面，在掺杂浓度高出传统工艺两个数量级的情况下，衬底的载流子寿命平均值仍达到354纳秒，优于同类P型外延层。载流子寿命是决定器件开关速度和能效的关键参数，354纳秒意味着更好的器件性能。
缺陷密度方面，螺位错密度（TSD）可低至12 cm⁻²，比传统n型衬底低一个数量级。研究团队还进行了连续20次生长的TSD密度统计分析，平均值为24 cm⁻²，最高值为45 cm⁻²，远低于PVT生长晶体的常见水平。
每一个数字背后，都是无数次实验的积累和突破。这些数据放在一起，构成了一个事实：P型碳化硅衬底最难跨越的门槛，天岳先进跨过去了。
万伏级功率芯片的最后一块拼图
这项技术突破的意义，远不止于材料本身。
大尺寸、高品质P型碳化硅衬底的开发，对于推动下一代超高电压功率器件（如N沟道IGBT）的发展至关重要。IGBT是功率电子的核心器件，广泛应用于新能源汽车、轨道交通、智能电网、工业变频等领域。
目前，硅基IGBT的最高电压等级大约在6500伏，而碳化硅基IGBT的电压等级可以轻松超过10千伏，甚至20千伏。更高的电压等级意味着更高的功率传输效率、更小的系统体积、更轻的设备重量。
以电动汽车为例，采用万伏级SiC-IGBT，可以实现更高效的电机驱动、更短的充电时间、更长的续航里程。以智能电网为例，采用万伏级SiC器件，可以大幅降低输电损耗、提升电网稳定性、减少基础设施投资。
行业预测，万伏千安的电网级SiC器件市场需求将超过汽车行业。这意味着碳化硅功率器件的市场天花板，远比想象中更高。而天岳先进的P型衬底技术突破，为这个巨大市场的开启扫清了最后一道障碍。
从跟跑到领跑的密码
回顾天岳先进的成长轨迹，会发现一条清晰的技术跃迁路径。
2023年，天岳先进全球首发8英寸液相法碳化硅晶体，首次证明了大尺寸液相法技术的可行性。
2024年，天岳先进推出全球首款12英寸P型碳化硅衬底，将液相法的尺寸极限再次向前推进。
2025年，天岳先进碳化硅衬底全球市占率登顶，在6英寸和8英寸两个尺寸上均占据第一位置。
2026年，液相法P型碳化硅衬底技术取得关键突破，补齐了高性能功率器件的最后一块短板。
每一年，都有新突破。不是口号，是实打实的技术迭代。
这种持续创新的背后是天岳先进的研发体系。公司最早布局液相法技术，建立了覆盖设备设计、热场设计、粉料合成、晶体生长、衬底加工及材料质量表征的全流程核心技术能力。这种全链条自主可控的模式，让天岳先进能够不受外部供应链限制，持续推进技术迭代。
2021年，天岳先进凭借半绝缘型碳化硅衬底获评”国家制造业单项冠军”；2025年，凭借导电型碳化硅衬底再次获评，成为行业内罕见的”双冠王”。从”单项冠军”到”双冠王”，是技术实力的最好背书。
写在最后
半导体材料是现代工业的”粮食”，而碳化硅是下一代功率电子的”主粮”。
天岳先进的这次技术突破，解决的不只是一个材料问题，而是为中国新能源、智能电网、轨道交通等领域的发展扫清了障碍。当万伏级SiC-IGBT成为现实，我们用的电会更高效、跑的车会更远、工业设备会更智能。
这不是遥远的愿景，而是正在发生的事情。
从天岳先进最新交付的客户订单来看，P型碳化硅衬底已经进入批量出货阶段。国产高性能功率器件的春天，正在加速到来。
发表回复