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發(fā)布時(shí)間：2022-03-17作者來(lái)源：薩科微瀏覽：2074
半導(dǎo)體行業(yè)，素有“一代材料、一代技術(shù)、一代產(chǎn)業(yè)”之說(shuō)。一代是硅，第二代是砷化鎵，而今天我們要研究的，是第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈。
氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)，被稱(chēng)為第三代半導(dǎo)體雙雄，本文我們重點(diǎn)研究碳化硅（SiC）。
在Si材料已經(jīng)接近理論性能極限的今天，SiC功率器件因其高耐壓、低損耗、高效率等特性，一直被視為“理想器件”而備受期待。
隨著5G、新能源汽車(chē)、光伏發(fā)電、航空航天等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)紛紛跑步入場(chǎng)。在巨大的潛在市場(chǎng)需求增長(zhǎng)、火熱的投資環(huán)境以及政策保障下，我國(guó)SIC產(chǎn)業(yè)已完成基本布局。
從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，新能源汽車(chē)是SiC器件[敏感詞]的應(yīng)用市場(chǎng)，占比超過(guò)50%。未來(lái)，中國(guó)將成為[敏感詞]的SiC市場(chǎng)。
當(dāng)[敏感詞]代、第二代半導(dǎo)體材料工藝逐漸接近物理極限，有望突破傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)瓶頸的第三代半導(dǎo)體材料成為行業(yè)發(fā)展的寵兒。
事實(shí)上，國(guó)內(nèi)之所以將半導(dǎo)體材料以“代”來(lái)劃分，多少緣自于隨著半導(dǎo)體材料的大規(guī)模應(yīng)用而來(lái)的三次產(chǎn)業(yè)革命。
[敏感詞]代半導(dǎo)體材料以硅（Si）為代表，其取代了笨重的電子管，推動(dòng)了以集成電路為核心的微電子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。
第二代半導(dǎo)體材料以砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）等為主，磷化銦半導(dǎo)體激光器是光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，砷化鎵高速器件更開(kāi)拓了光纖及移動(dòng)通信新產(chǎn)業(yè)。
而以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導(dǎo)體材料則有效推動(dòng)著新能源、光伏、電力汽車(chē)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
從半導(dǎo)體材料的三項(xiàng)重要參數(shù)看，第三代半導(dǎo)體材料在電子遷移率（低壓條件下的高頻工作性能）、飽和漂移速率（高壓條件下的高頻工作性能）、禁帶寬度（器件的耐壓性能、[敏感詞]工作溫度與光學(xué)性能）三項(xiàng)指標(biāo)上均強(qiáng)于硅材料器件。
其中，最引人注目的是第三代半導(dǎo)體的“寬禁帶（WideBand-Gap，WBG）”。高禁帶寬度的好處是，器件耐高壓、耐高溫，并且功率大、抗輻射、導(dǎo)電性能強(qiáng)、工作速度快、工作損耗低。
從國(guó)家來(lái)看，中國(guó)是全球[敏感詞]的新能源汽車(chē)市場(chǎng)，銷(xiāo)量遠(yuǎn)超其他所有國(guó)家，占據(jù)了全球40%以上的份額。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，新能源汽車(chē)是SiC器件[敏感詞]的應(yīng)用市場(chǎng)，占比超過(guò)50%。未來(lái)，中國(guó)將成為[敏感詞]的SiC市場(chǎng)。
根據(jù)IHS的數(shù)據(jù)預(yù)估，今年的SiC（碳化硅）市場(chǎng)總額將會(huì)達(dá)到5000萬(wàn)美元，到2028年將飆升到1億6000萬(wàn)。其中在電動(dòng)汽車(chē)充電市場(chǎng)，SiC在未來(lái)幾年的符合增長(zhǎng)率高達(dá)59%；在光伏和儲(chǔ)能市場(chǎng)，SiC的年復(fù)合增長(zhǎng)率也有26%；而在電源部分，這個(gè)數(shù)字也有16%。整體年復(fù)合增長(zhǎng)率也高達(dá)16%。
政府扮演風(fēng)險(xiǎn)投資角色，參與投資建設(shè)大量SiC項(xiàng)目。
SiC項(xiàng)目大多為地方政府與企業(yè)合作投資建設(shè)，地方政府投入相對(duì)更多，也一并承擔(dān)了更多的風(fēng)險(xiǎn)。
有別于傳統(tǒng)Si基項(xiàng)目集中于中國(guó)一二線(xiàn)城市，SiC項(xiàng)目遍布全國(guó)各地。
與Si基項(xiàng)目相比，SiC項(xiàng)目總體投資相對(duì)較低，且許多中小型城市政府急于提升城市形象，增加半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相關(guān)布局。
地方政府具體參與的部分SiC項(xiàng)目匯總
資本熱情高漲，大量資金涌入SiC產(chǎn)業(yè)。
中央及地方政府頒布了一系列政策推動(dòng)SiC產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
另外，在《中國(guó)制造2025》中，國(guó)家對(duì)5G通信、高效能源管理中的國(guó)產(chǎn)化率也提出了具體目標(biāo)，目標(biāo)要求到2025年，要使先進(jìn)半導(dǎo)體材料的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到50%。這些利好的政策，對(duì)SiC市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展壯大助益良多。
魯晶半導(dǎo)體在參加2021年慕尼黑電子展的展會(huì)上，電視欄目組《品質(zhì)》也曾采訪(fǎng)公司總經(jīng)理徐文匯先生關(guān)于《中國(guó)制造2025》有關(guān)第三代半導(dǎo)體發(fā)展的看法，碳化硅功率器件的應(yīng)用將在未來(lái)3-5年大規(guī)模應(yīng)用，在某些領(lǐng)域甚至能全面替代硅基產(chǎn)品。
相對(duì)國(guó)外市場(chǎng)，我國(guó)開(kāi)展SiC材料及器件方面的研究工作比較晚，在多方因素的推動(dòng)下，中國(guó)SiC產(chǎn)業(yè)鏈已完成基本布局，取得了一定的成果，逐步縮小了與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距，各個(gè)環(huán)節(jié)都涌現(xiàn)出幾家領(lǐng)先企業(yè)。
技術(shù)指標(biāo)和國(guó)際廠(chǎng)商有明顯差距，產(chǎn)品的一致性問(wèn)題是難以攻克的短板。
國(guó)產(chǎn)襯底技術(shù)差距和一致性問(wèn)題產(chǎn)生的原因大致可以歸納為以下兩類(lèi)：
在材料匹配、設(shè)備精度和熱場(chǎng)控制等技術(shù)角度需要長(zhǎng)時(shí)間的 Know-how累積。國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商起步相對(duì)較晚，投入更少，與國(guó)外領(lǐng)先廠(chǎng)商存在明顯的差距。
國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商的客戶(hù)較少且比較分散，客戶(hù)的反饋速度更慢，反饋內(nèi)容不徹底。CREE的產(chǎn)品線(xiàn)覆蓋襯底、外延、器件乃至模組，后端反饋充分且及時(shí)。
技術(shù)差距直接導(dǎo)致襯底綜合性能較差，無(wú)法用于要求更高的產(chǎn)線(xiàn)中。
一致性問(wèn)則表示優(yōu)質(zhì)襯底比例較低，直接導(dǎo)致襯底的成本大幅上升。
主要是因?yàn)橐陨蟽牲c(diǎn)影響，國(guó)產(chǎn)襯底目前還無(wú)法進(jìn)入主流供應(yīng)鏈。
技術(shù)壁壘較低，技術(shù)水平與國(guó)外整體差距不大
外延環(huán)節(jié)技術(shù)較為單一，主要過(guò)程為在原SiC襯底上生長(zhǎng)一層新單晶。是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中附加值和技術(shù)門(mén)檻較低的環(huán)節(jié)。
外延環(huán)節(jié)依賴(lài)成熟的設(shè)備(目前業(yè)界主流設(shè)備為Aixtron等公司提供的CVD設(shè)備)，氣相沉積流程通過(guò)流量計(jì)嚴(yán)格控制，業(yè)界和設(shè)備商有相對(duì)成熟的技術(shù)。
以國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商瀚天天成為例，技術(shù)水平和國(guó)際外延領(lǐng)先企業(yè)日本昭和電工（Showa Denko）已經(jīng)相差不大。根據(jù)調(diào)研反饋，瀚天天成和昭和電工已在全球多個(gè)市場(chǎng)展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。
技術(shù)指標(biāo)和國(guó)際廠(chǎng)商有明顯差距，產(chǎn)品的一致性問(wèn)題是難以攻克的短板，國(guó)產(chǎn)襯底目前仍難以進(jìn)入主流供應(yīng)鏈。
設(shè)計(jì)：SiC器件設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，與國(guó)外差距相對(duì)較小
SiC SBD器件設(shè)計(jì)在專(zhuān)利方面沒(méi)有壁壘，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)已開(kāi)始Gen 6 SiC SBD的研發(fā)，與國(guó)外差距相對(duì)較小。
SiC MOSFET器件方面，國(guó)內(nèi)多家公司宣稱(chēng)已完成研發(fā)，但仍未進(jìn)入量產(chǎn)狀態(tài)。同時(shí)，[敏感詞]的Gen 4 Trench SiC MOSFET專(zhuān)利被國(guó)外公司掌握，未來(lái)可能存在專(zhuān)利方面的問(wèn)題。
制造:SiC器件制造與國(guó)外存在明顯的差距
SiC SBD器件制造產(chǎn)線(xiàn)大多處于剛通線(xiàn)的狀態(tài)，還需經(jīng)歷產(chǎn)能爬坡等階段，離大規(guī)模穩(wěn)定量產(chǎn)還有一定距離。
目前，國(guó)內(nèi)所有SiC MOSFET器件制造平臺(tái)仍在搭建中，部分公司的產(chǎn)線(xiàn)仍處于計(jì)劃階段，離正式量產(chǎn)還有很長(zhǎng)一段距離。
市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)整體成熟度仍較低。
SIC模塊國(guó)內(nèi)企業(yè)當(dāng)下的競(jìng)爭(zhēng)情況：
國(guó)內(nèi)眾多新能源汽車(chē)廠(chǎng)商布局激進(jìn)，自建SiC模塊產(chǎn)線(xiàn)，滿(mǎn)足自身需求，從上游端向下游覆蓋。與此同時(shí)，傳統(tǒng)模塊廠(chǎng)商也有部分橫向展開(kāi)SiC模塊的研發(fā)，憑借Si基模塊的經(jīng)驗(yàn)加快研發(fā)進(jìn)度。
但國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)廠(chǎng)商模塊產(chǎn)線(xiàn)的建設(shè)大多于19/20年啟動(dòng)，至少22年才能放量。包括國(guó)內(nèi)新興的模塊廠(chǎng)商大多體量較小，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)的成熟度依然較低。
除國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商之間互相競(jìng)爭(zhēng)外，在SIC領(lǐng)域真正的競(jìng)爭(zhēng)壓力還是來(lái)自于國(guó)外的巨頭，目前英飛凌、ST、羅姆等國(guó)際大廠(chǎng)600-1700V碳化硅SBD、MOSFET均已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，國(guó)內(nèi)碳化硅廠(chǎng)商目前主要推出二極管產(chǎn)品，MOSFET只有極少數(shù)廠(chǎng)商量產(chǎn)，還有待突破，產(chǎn)線(xiàn)方面Cree、英飛凌等已開(kāi)始布局8英寸線(xiàn)，而國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商還在往6英寸線(xiàn)過(guò)渡。襯底市場(chǎng)僅Cree一家便占據(jù)了約40%份額。
未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間里，國(guó)內(nèi)SIC產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的進(jìn)擊之路。仍道阻且長(zhǎng)！但好在SiC在5G、新能源汽車(chē)、光伏等各個(gè)領(lǐng)域的表現(xiàn)都[敏感詞]，市場(chǎng)足夠大，且國(guó)產(chǎn)替代需求持續(xù)，國(guó)內(nèi)企業(yè)尚可一拼！
山東天岳、天科合達(dá)、中科節(jié)能、同光晶體
瀚天天成、東莞天域
三安集成、泰科天潤(rùn)、瞻芯電子、基本半導(dǎo)體、濟(jì)南魯晶半導(dǎo)體等。
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