碳化硅廠 第三代半導(dǎo)體商用提速 8英寸碳化硅時代來臨

21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者駱軼琪 廣州報道

不同于第一代半導(dǎo)體材料硅基的發(fā)展在國內(nèi)正面臨一系列掣肘，作為化合物半導(dǎo)體材料的碳化硅器件正逐漸迎來商用加速期。

在此領(lǐng)域，由于國內(nèi)外的起步和發(fā)展時間相差不大，而成為備受關(guān)注的突圍市場。

特斯拉率先讓碳化硅器件上車起到了關(guān)鍵推動作用。多方機(jī)構(gòu)都預(yù)測，在未來5-10年間，碳化硅器件的應(yīng)用增長點會陸續(xù)涌現(xiàn)，包括新能源汽車、儲能、光伏風(fēng)能發(fā)電、5G通信等領(lǐng)域。

近日舉行的2022 中國·南沙國際集成電路產(chǎn)業(yè)論壇期間，多名業(yè)內(nèi)人士都指出，隨著海外大廠開始小規(guī)模量產(chǎn)8英寸碳化硅器件，8英寸時代正在到來。當(dāng)然，眼下國內(nèi)在碳化硅領(lǐng)域的上游產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)還有提升空間，比如部分環(huán)節(jié)的設(shè)備缺席、缺乏規(guī)模化生產(chǎn)平臺等，這意味著產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展還需平衡。同時需要關(guān)注的是，如今國內(nèi)各地都在積極建設(shè)碳化硅相關(guān)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定階段，可能也將迎來一定程度的并購融合。

碳化硅時刻

碳化硅商用落地的典型代表就是特斯拉，在其推動下，碳化硅的應(yīng)用進(jìn)度和市場空間都打開了想象力。

基本半導(dǎo)體董事長汪之涵在前述論壇演講中指出，從1982年IGBT發(fā)明到現(xiàn)在，其仍然是功率半導(dǎo)體器件中最為重要的一個，在各種電力電子應(yīng)用中發(fā)揮著巨大作用。

不過在過去幾年時間里，人們欣喜地發(fā)現(xiàn)，在很多高端應(yīng)用中，碳化硅MOSFET已經(jīng)逐漸取代硅基IGBT?！斑@個取代的過程和勢頭，似乎比大家前幾年的判斷來得更早更快，所以我們認(rèn)為，碳化硅成為功率半導(dǎo)體主流的時代似乎已經(jīng)來到。”他續(xù)稱，雖然目前碳化硅器件的成本比硅基IGBT要高不少，但從全生命周期成本來看，通過使用碳化硅器件，現(xiàn)在的賬已經(jīng)能算過來了。

根據(jù)Yole研判，到2027年預(yù)計全球碳化硅芯片市場規(guī)模約63億美元，其中接近80%的市場（也即約50億美元）來自于新能源汽車。汪之涵指出，根據(jù)其團(tuán)隊測算，隨著碳化硅產(chǎn)品成本降低，到2027年，一輛車上不同部件使用碳化硅的價格在2000-3000元，那么屆時全球?qū)⒂幸磺f輛車使用碳化硅器件，實際上這個數(shù)量將只多不少。

芯粵能半導(dǎo)體CTO相奇則指出，“雙碳”戰(zhàn)略正開啟新能源轉(zhuǎn)換的黃金時代，其中電能轉(zhuǎn)換推動需要功率器件，碳化硅器件在其中優(yōu)勢盡顯。

根據(jù)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計，到2030年，中國大陸總用電量將達(dá)到10.5萬億度/年，若能用碳化硅功率器件替代傳統(tǒng)硅基器件，可節(jié)電萬億度，約等于10座三峽大壩。

從應(yīng)用端來看，新能源汽車、光伏和儲能、航天、工業(yè)等領(lǐng)域牽引下，全球碳化硅市場的規(guī)模正快速成長，預(yù)計2019-2025年的復(fù)合年均增長率為30%。

山東大學(xué)晶體材料實驗室、南砂晶圓教授徐現(xiàn)剛也指出，碳化硅單晶應(yīng)用主要為兩個方面：一是電力電子碳化硅器件領(lǐng)域，在導(dǎo)電型襯底之上做碳化硅同質(zhì)外延，如新能源汽車、高鐵運(yùn)輸、智能電網(wǎng)的逆變器等器件上應(yīng)用；二是把碳化硅作為襯底材料，生長氮化鎵材料的異質(zhì)外延，在高頻大功率微波電子器件里獲得了較大應(yīng)用，也在雷達(dá)、通信系統(tǒng)等方面有應(yīng)用。

不過，目前國內(nèi)在碳化硅功率器件和襯底市場依然有較大發(fā)展空間。據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole統(tǒng)計，無論是碳化硅器件銷售額，還是碳化硅導(dǎo)電型襯底市場視角來看，占據(jù)主要份額的都為來自美國、歐洲和日本的公司，部分情況下甚至有壟斷態(tài)勢。

加速研發(fā)推進(jìn)

一種觀點認(rèn)為，在關(guān)鍵碳化硅襯底技術(shù)方面，國內(nèi)和海外廠商的差距大約是2-3年，但隨著集中力量推進(jìn)研發(fā)，這個時間差距有望進(jìn)一步縮短。

徐現(xiàn)剛在演講中指出，從襯底發(fā)展來看碳化硅廠，海外廠商在十年前突破了6英寸襯底技術(shù)，目前已穩(wěn)定導(dǎo)入產(chǎn)業(yè)；并在國內(nèi)“十三五”期間突破了8英寸襯底量產(chǎn)的關(guān)鍵難題，正快速導(dǎo)入量產(chǎn)進(jìn)程。

國內(nèi)廠商近些年來也在積蓄經(jīng)驗后快速推動研發(fā)落地?！搬槍μ蓟鑶尉У难芯壳捌冢覀冐叫韬拖掠蚊芮信浜?。在研發(fā)2-3英寸單晶時，很難找到電力電子大規(guī)模應(yīng)用，所以我們找到了光電子應(yīng)用；在6英寸和8英寸單晶上，我們希望和半導(dǎo)體界以及電力電子行業(yè)密切配合，也做好了準(zhǔn)備。產(chǎn)業(yè)角度的需求已經(jīng)非常旺盛；技術(shù)路線上，碳化硅外延的整個產(chǎn)業(yè)鏈不存在被制約發(fā)展的問題，所以我認(rèn)為，8英寸時代真正到來了?！?/p>

一名碳化硅器件創(chuàng)業(yè)者也向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者指出，全球碳化硅襯底龍頭Wolfspeed已經(jīng)在近期的電話會上表示，將建設(shè)第二座8英寸晶圓廠?！八晕覀儗@個趨勢還是很有信心?！?/p>

他續(xù)稱，就像最開始一種觀點認(rèn)為硅基不用那么著急被碳化硅器件替代一樣。特斯拉作為第一個吃螃蟹的人成功之后，大家都開始積極跟進(jìn)，才有了現(xiàn)在被認(rèn)為行業(yè)將爆發(fā)式增長的預(yù)期。“所以我想碳化硅晶圓尺寸發(fā)展也一樣，成熟的8英寸襯底推出后，必然會讓成本降低。當(dāng)然先要面對研發(fā)、材料良率低等現(xiàn)階段難題，但實際上隨著技術(shù)進(jìn)步，這也是之前6英寸研發(fā)過程中都遇到過的情況?！?/p>

還有一個不可忽視的問題是各地的積極建設(shè)。一些行業(yè)人士指出，在未來十年，整個碳化硅行業(yè)面臨著巨大機(jī)會，同時挑戰(zhàn)也很大。目前國內(nèi)多個省份和城市已經(jīng)開始推動碳化硅材料和器件等環(huán)節(jié)的大規(guī)模項目落地，這一方面意味著各地都在認(rèn)可碳化硅的發(fā)展未來并積極促進(jìn)，但另一方面，大規(guī)模建設(shè)后，在未來幾年可能也會面臨行業(yè)整合過程。

對此，廣州芯謀研究總經(jīng)理謝瑞峰向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者表示，不同地方的產(chǎn)業(yè)發(fā)展有其各自路徑。對于南沙區(qū)來說，汽車行業(yè)集聚是這里的核心特色和亮點碳化硅廠，因此圍繞汽車生態(tài)、車規(guī)級芯片進(jìn)行發(fā)展就有其可行性。

同時，目前南沙在碳化硅領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)部署相對完善?！拔覀兎Q為‘聚沙成塔’，打開地圖看會發(fā)現(xiàn)，南沙的確是一家一家公司拼圖一樣拼出了一個產(chǎn)業(yè)園，從南砂晶圓開始不斷延伸產(chǎn)業(yè)鏈。因此我們認(rèn)為，南沙發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有其獨特的思路和節(jié)奏?！?/p>

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