国内外碳化硅产品标准比对分析

为探明碳化硅国内外标准的情况和差异，本文调研、分析并选择了中国国家标准和行业标准、国际标准及美国、欧洲、日本、俄罗斯、罗马尼亚相关标准，选择碳化硅物理特性、碳化硅磨料化学分析方法、含碳化硅耐火材料化学分析方法、碳化硅晶片产品规格等进行标准比对。

碳化硅具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速率大、临界击穿电场高、介电常数低及化学稳定性好等诸多优点，是具有广阔发展潜力的第三代新型半导体材料。碳化硅晶片和外延衬底主要用于制造功率器件、射频器件等分立器件，可广泛应用于新能源汽车、5G通信、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等现代工业领域，在我国“新基建”的各主要领域中发挥重要作用。我国政府高度重视以碳化硅为代表的第三代半导体材料的研发，其中第三代半导体被纳入关键战略材料发展重点。

2021年3月13日，新华网刊登了《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，其中“集成电路”领域，特别提出碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体要取得发展。

碳化硅和氮化镓都属于第三代半导体宽禁带半导体材料，能够在“十四五规划”中提名，足以说明其重要程度已经上升到了国家的层面。相信在国家的助推下，国内将迅速形成适合第三代半导体发展的环境，前景十分值得期待。

另一方面，碳化硅对于提振地方经济意义重大。例如：作为“十四五”时期要全力打造“碳化硅”作为拳头型产品的山西省，在《山西省“十四五”新产品发展规划》中提到：推进6英寸及以上砷化镓、碳化硅等第二/三代半导体材料和蓝宝石材料大规模产业化，开展碳基半导体等新型材料基础研究。可以看出，碳化硅是山西省“十四五”期间重点发展的产品。

因此，对比我国与美国、日本、欧洲等发达国家及地区碳化硅产品标准，分析我国碳化硅标准的先进与不足之处，借鉴和引用发达国家的先进经验和技术标准，对于提升碳化硅质量，促进碳化硅产业转型升级具有重要的意义。

1、国内外碳化硅产品概况

1.1 碳化硅产业国内概况

国际上部分国家在该领域起步早，6英寸碳化硅衬底已经量产，8英寸已研制成功。而国内以4英寸为主，6英寸尚处在攻关阶段。我国碳化硅单晶衬底材料长期依赖进口，其高昂的售价和不稳定的供货情况大大限制了国内相关行业的发展。目前，中国有碳化硅冶炼企业200多家，年生产能力220多万吨（其中：绿碳化硅块120多万吨，黑碳化硅块约100万吨）；加工制砂、微粉生产企业300多家，年生产能力200多万吨，国内碳化硅产业厂商见表1。

表1 SiC产业链国内厂商情况

1.2 碳化硅产业国外概况

受新能源汽车、工业电源等应用的推动，全球电力电子碳化硅的市场规模不断增长，2020年的市场规模达6亿美元。在竞争格局方面，行业龙头企业的经营模式以IDM模式为主，主要的市场份额被Infineon、Cree、罗姆以及意法半导体占据，国内外厂商的竞争差距较大。

在半导体应用中，SiC主要用于电力电子器件的制造。从SiC器件制造流程顺序来看，SiC器件的制造成本中衬底、外延的成本占比最大，其中SiC衬底成本占比50%，SiC外延的成本占比25%，这两大工序是SiC器件的重要组成部分。

在上游原料供应方面，高纯石英砂是碳化硅的主要原料之一。因高纯石英砂的制备成本高、加工工艺要求高，因此目前全球具备批量生产高纯石英砂的厂商较少，如表2所示。从下游需求情况来看，2018-2019年，受新能源汽车、工业电源等应用的推动，全球电力电子碳化硅的市场规模从4.3亿美元增长至5.64亿美元，2020年的市场规模超过6亿美元。

表2 国内外生产高纯石英砂龙头企业

从全球碳化硅衬底的企业经营情况来看，2018年美国CREE公司占龙头地位，市场份额达62%，其次是美国II-VI公司，市场份额约为16%。总体来看，在碳化硅市场中，美国厂商占据主要地位（详见表3）。

表3 SiC产业链国外厂商情况

2、国内外碳化硅产品标准化概况

碳化硅作为一种化学成分较为单一的无机化工原料，其相关的产品标准较少，多为碳化硅的化学分析标准及检测标准。目前现行的国内外碳化硅产品标准有GB/T 2480《普通磨料碳化硅》，GOST 26327《碳化硅磨料 技术规范》和SR 5064《碳化硅》。

2.1 我国碳化硅产品标准化概况

中国目前已基本建成了一套由国家标准、行业标准和地方标准组成的碳化硅标准体系。目前现行的碳化硅相关国家标准共24 项，行业标准共38项，地方标准共3项。我国现行的碳化硅产品技术标准只有1个，即 GB/T 2480《普通磨料碳化硅》。

2.2 国外碳化硅产品标准化概况

目前，世界大多数发达国家市场经济运行了较长时期，法律法规健全，竞争机制规范，常依靠买卖双方合同约定，只对涉及碳化硅产品间配合/配套的术语、代号、尺寸公差、粒度标号/粒度分布和各项质量性能指标的测试分析方法制定国家标准或者协会标准。从国外发达国家与组织碳化硅及其制品标准制定情况来看，国际标准化组织（ISO）现行的碳化硅及其制品相关标准共有6项；美国现行的碳化硅相关标准共有14 项；欧洲现行的碳化硅相关标准共有49项；日本现行的碳化硅相关标准共有5项；俄罗斯现行的碳化硅相关标准共有8项。

现行的国外碳化硅相关产品标准有2个，即罗马尼亚标准SR 5064《碳化硅》和俄罗斯标准GOST 26327《碳化硅磨料技术规范》。

3、国内外碳化硅产品标准比对研究

3.1 可比对的碳化硅国内外标准

通过碳化硅产品相关标准的收集与分析，表4~表7列出了国内外可比对的标准。 表4 碳化硅物理特性标准比对

表5 碳化硅磨料的化学分析方法标准比对

表6 含碳化硅耐火材料化学分析方法标准比对

表7 碳化硅晶片标准比对

3.2 碳化硅产品关键指标比对

3.2.1碳化硅物理特性标准比对

我国现执行的碳化硅产品技术条件国家标准为GB/T 2480《普通磨料碳化硅》，根据不同用途分牌号规定了粒度组成、化学成分、磁性物含量、铁合金粒、密度等项目。俄罗斯国家标准委员会于 1984年11月1日发布了碳化硅磨料的技术条件国家标准GOST 26327《碳化硅磨料技术规范》，规定了绿碳化硅磨料和黑碳化硅磨料的相关技术水平指标，包括粒度组成、化学成分、磁性物含量、密度、粉化率等项目。罗马尼亚标准协会（ASRO）发布的国家标准SR 5064《碳化硅》，对碳化硅的类型、物理化学特性、体积密度等项目做了规定。

由于篇幅有限，本文在此仅从碳化硅的分类来介绍：

碳化硅的分类

中国工业生产的碳化硅主要是黑色碳化硅（SiC含量约95%）和绿色碳化硅（SiC含量约97%以上）两种。GB/T 2480《普通磨料碳化硅》将磨料碳化硅分为陶瓷结合剂磨具、砂带用黑碳化硅；陶瓷结合剂磨具、砂带用绿碳化硅；有机结合剂磨具用黑碳化硅；有机结合剂磨具用绿碳化硅；手工打磨的砂页用黑碳化硅；手工打磨的砂页用绿碳化硅。

俄罗斯国家标准GOST 26327《碳化硅磨料技术规范》对碳化硅磨料分为绿色碳化硅和黑色碳化硅两种，其质量等级和粒度分类具体见表8。

表8 俄罗斯GOST标准对碳化硅的分类

罗马尼亚国家标准SR 5064《碳化硅》根据颜色将碳化硅分为绿色碳化硅（GC）和黑色碳化硅（GC）；根据碳化硅含量（SiC）分为优质碳化硅（S）和普通碳化硅（N）。

3.3 比对结论

通过各项标准指标比对结果可以看出：

（1）国外有关碳化硅标准，例如：GOST 26327、SR 5064和 JISR 6111，都制定了碳化硅产品的理化性能标准，其指标要求比中国国家标准宽松。但在对外技术交流和贸易合作过程中，我们发现发达国家碳化硅 生产企业和应用企业标准指标远远优于其所在国家标准和我国家标准。有些项目在我国国家标准和部分企业实际质量控制中未列入检测控制项目，如：振实密度、比表面积、清洁度、韧性、电导率等； （2）针对碳化硅粒度砂与微粉产品，发达国家根据其用途不用，按照对口专用、精密化、综合利用原则，分成了多种牌号专用产品，专用产品的企业标准指标要求也不同，使生产者和使用者找到了最佳结合点，产品产生了最大效益； （3）从碳化硅磨料的化学分析方法标准比对和含碳化硅耐火材料化学分析方法标准比对结果看，我国国家标准的比对项目相较于美国、欧盟及日本等发达国家及地区而言较为完整，但也有个别项目没有涉及，例如：碳化硅磨料的碳化硅、表面硅酸以及全硅等；

（4）从碳化硅晶片相关标准比对结果看，我国国家标准对碳化硅单晶抛光片以及晶片检测方面制定了相关标准，而美国、欧盟、日本等发达国家及地区没有涉及。针对碳化硅外延片表面缺陷的测试环境，我国国家标准相较于欧盟以及日本标准要求更高。

4、对策建议分析

4.1 国内碳化硅产品标准优势

通过调研发现，中国电科（山西）碳化硅材料产业基地作为全国最大的碳化硅材料供应基地，其产品主要面向国内市场。目前国内碳化硅材料供应基地全面掌握了高纯碳化硅粉料制备工艺、4英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底的制备工艺，形成了从碳化硅粉料制备、晶体生长、晶片加工、外延验证等整套碳化硅材料研制线，在国内最早实现了高纯度碳化硅单晶的商业化量产，高纯碳化硅粉料纯度和晶体良品率居于国际先进水平，彻底解决了国外对我国碳化硅封锁的局面，实现了完全自主供应。

4.2 国内碳化硅产品标准不足

目前我国已成为碳化硅的生产大国，但还不是碳化硅产业强国。 从产品来看，国内碳化硅产品主要集中在中低端市场，真正用于高精尖科技，比如：高级研磨粉、精密电子元件等方面的碳化硅产品生产工艺技术还被国外垄断； 在碳化硅深加工产品上，对粒度砂和微粉产品的质量管理不够精细，产品质量的稳定性不够，国内产品技术含量低，与美国、日本、欧洲等发达国家及地区先进水平相比还有较大差距，国内高端技术产品缺乏； 此外，西方发达国家从事该产品研发生产时间早经验丰富，产品指标领先我国，且产品验证周期长、产品技术壁垒难以打破，国内产品难以进入国际市场；

最后，碳化硅属于发展中产品，有较大的市场需求，但其工艺不成熟，标准也处于低发展状态，例如：没有统一的包装标准，检验标准不完善等。

4.3 提升我国碳化硅产业发展的对策建议 针对我国碳化硅产品发展存在的不足，提出了下述建议和对策。

（1）制定培育和扶持碳化硅产品的政策和实施细则

（2）修订完善碳化硅产品的质量标准体系

（3）借助科技力量，加强技术创新

审核编辑：黄飞