2021 進擊的國產(chǎn)碳化硅市場！

發(fā)布時間：2022-03-17作者來源：薩科微瀏覽：1830

半導(dǎo)體行業(yè)說“一代材料、一代技術(shù)、一代產(chǎn)業(yè)”

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。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)，被稱為第三代半導(dǎo)體雙雄，本文我們重點研究碳化硅（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、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。在巨大的潛在市場需求增長、火熱的投資環(huán)境以及政策保障下，我國SIC產(chǎn)業(yè)已完成基本布局。

從應(yīng)用領(lǐng)域來看，新能源汽車是SiC器件[敏感詞]的應(yīng)用市場，占比超過50%。未來，中國將成為[敏感詞]的SiC市場。

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。

事實上，國內(nèi)之所以將半導(dǎo)體材料以“代”來劃分，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拓了光纖及移動通信新產(chǎn)業(yè)。

而以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導(dǎo)體材料則有效推動著新能源、光伏、電力汽車等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

從半導(dǎo)體材料的三項重要參數(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）三項指標(biāo)上均強于硅材料器件。

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、工作速度快、工作損耗低。

國內(nèi)SIC產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)大踏步向前的底氣與良機

市場潛力

我國作為全球[敏感詞]的新能源汽車市場，隨著特斯拉等品牌開始大量推進SiC解決方案，國內(nèi)的廠商也快速跟進，以比亞迪為代表的整車廠商開始全方位布局，推動第三代半導(dǎo)體器件的在汽車領(lǐng)域加速。

從國家來看，中國是全球[敏感詞]的新能源汽車市場，銷量遠(yuǎn)超其他所有國家，占據(jù)了全球40%以上的份額。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，新能源汽車是SiC器件[敏感詞]的應(yīng)用市場，占比超過50%。未來，中國將成為[敏感詞]的SiC市場。

根據(jù)IHS的數(shù)據(jù)預(yù)估，今年的SiC（碳化硅）市場總額將會達到5000萬美元，到2028年將飆升到1億6000萬。其中在電動汽車充電市場，SiC在未來幾年的符合增長率高達59%；在光伏和儲能市場，SiC的年復(fù)合增長率也有26%；而在電源部分，這個數(shù)字也有16%。整體年復(fù)合增長率也高達16%。

政府促進

政府扮演風(fēng)險投資角色，參與投資建設(shè)大量SiC項目。

SiC項目大多為地方政府與企業(yè)合作投資建設(shè)，地方政府投入相對更多，也一并承擔(dān)了更多的風(fēng)險。

有別于傳統(tǒng)Si基項目集中于中國一二線城市，SiC項目遍布全國各地。

與Si基項目相比，SiC項目總體投資相對較低，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項目匯總

資本涌入

資本熱情高漲，大量資金涌入SiC產(chǎn)業(yè)。

政策驅(qū)動

中央及地方政府頒布了一系列政策推動SiC產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

國家十四五規(guī)劃21年公布的細(xì)則中

預(yù)期會加入重點支持第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的描述

另外，在《中國制造2025》中，國家對5G通信、高效能源管理中的國產(chǎn)化率也提出了具體目標(biāo)，目標(biāo)要求到2025年，要使先進半導(dǎo)體材料的國產(chǎn)化率達到50%。這些利好的政策，對SiC市場的進一步發(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上，電視欄目組《品質(zhì)》也曾采訪公司總經(jīng)理徐文匯先生關(guān)于《中國制造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。

產(chǎn)業(yè)鏈完成基本布局

相對國外市場，我國開展SiC材料及器件方面的研究工作比較晚，在多方因素的推動下，中國SiC產(chǎn)業(yè)鏈已完成基本布局，取得了一定的成果，逐步縮小了與國外先進技術(shù)的差距，各個環(huán)節(jié)都涌現(xiàn)出幾家領(lǐng)先企業(yè)。

然而，從整個SiC市場格局來看，美、日、歐等外商仍是整個市場的主導(dǎo)者，國內(nèi)廠商在該領(lǐng)域的話語權(quán)還不大。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，Cree、英飛凌、羅姆約占據(jù)了90%的SiC市場份額，Cree是SiC襯底主要供應(yīng)商，羅姆、意法半導(dǎo)體等則擁有自己的SiC生產(chǎn)線等，其中Cree占據(jù)了一半以上的碳化硅晶片市場，這種壟斷優(yōu)勢使其在產(chǎn)業(yè)上游的話語權(quán)非常之大。從這個角度看，國內(nèi)企業(yè)要走的路，相較國外現(xiàn)在的位置還有較大差距。

從產(chǎn)業(yè)鏈看國內(nèi)外競爭的差距

襯底

技術(shù)指標(biāo)和國際廠商有明顯差距，產(chǎn)品的一致性問題是難以攻克的短板。

在襯底最主要的三個幾何參數(shù)TTV(總厚度偏差),Bow(彎曲度),Wrap(翹曲度)方面。國內(nèi)廠商與國外領(lǐng)先廠商之間存在明顯的差距。

國產(chǎn)襯底技術(shù)差距和一致性問題產(chǎn)生的原因大致可以歸納為以下兩類：

在材料匹配、設(shè)備精度和熱場控制等技術(shù)角度需要長時間的 Know-how累積。國內(nèi)廠商起步相對較晚，投入更少，與國外領(lǐng)先廠商存在明顯的差距。
國內(nèi)廠商的客戶較少且比較分散，客戶的反饋速度更慢，反饋內(nèi)容不徹底。CREE的產(chǎn)品線覆蓋襯底、外延、器件乃至模組，后端反饋充分且及時。

技術(shù)差距直接導(dǎo)致襯底綜合性能較差，無法用于要求更高的產(chǎn)線中。

一致性問則表示優(yōu)質(zhì)襯底比例較低，直接導(dǎo)致襯底的成本大幅上升。

主要是因為以上兩點影響，國產(chǎn)襯底目前還無法進入主流供應(yīng)鏈。

外延

技術(shù)壁壘較低，技術(shù)水平與國外整體差距不大

外延環(huán)節(jié)技術(shù)較為單一，主要過程為在原SiC襯底上生長一層新單晶。是整個產(chǎn)業(yè)鏈中附加值和技術(shù)門檻較低的環(huán)節(jié)。

外延環(huán)節(jié)依賴成熟的設(shè)備(目前業(yè)界主流設(shè)備為Aixtron等公司提供的CVD設(shè)備)，氣相沉積流程通過流量計嚴(yán)格控制，業(yè)界和設(shè)備商有相對成熟的技術(shù)。

以國內(nèi)廠商瀚天天成為例，技術(shù)水平和國際外延領(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市場展開競爭。

器件

技術(shù)指標(biāo)和國際廠商有明顯差距，產(chǎn)品的一致性問題是難以攻克的短板，國產(chǎn)襯底目前仍難以進入主流供應(yīng)鏈。

設(shè)計：SiC器件設(shè)計相對簡單，與國外差距相對較小

SiC SBD器件設(shè)計在專利方面沒有壁壘，國內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)已開始Gen 6 SiC SBD的研發(fā)，與國外差距相對較小。
SiC MOSFET器件方面，國內(nèi)多家公司宣稱已完成研發(fā)，但仍未進入量產(chǎn)狀態(tài)。同時，[敏感詞]的Gen 4 Trench SiC MOSFET專利被國外公司掌握，未來可能存在專利方面的問題。

制造:SiC器件制造與國外存在明顯的差距

SiC SBD器件制造產(chǎn)線大多處于剛通線的狀態(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，國內(nèi)所有SiC MOSFET器件制造平臺仍在搭建中，部分公司的產(chǎn)線仍處于計劃階段，離正式量產(chǎn)還有很長一段距離。

模塊

市場競爭激烈，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)整體成熟度仍較低。

SIC模塊國內(nèi)企業(yè)當(dāng)下的競爭情況：

國內(nèi)眾多新能源汽車廠商布局激進，自建SiC模塊產(chǎn)線，滿足自身需求，從上游端向下游覆蓋。與此同時，傳統(tǒng)模塊廠商也有部分橫向展開SiC模塊的研發(fā)，憑借Si基模塊的經(jīng)驗加快研發(fā)進度。

但國內(nèi)新能源汽車廠商模塊產(chǎn)線的建設(shè)大多于19/20年啟動，至少22年才能放量。包括國內(nèi)新興的模塊廠商大多體量較小，尚未實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的成熟度依然較低。

除國內(nèi)廠商之間互相競爭外，在SIC領(lǐng)域真正的競爭壓力還是來自于國外的巨頭，目前英飛凌、ST、羅姆等國際大廠600-1700V碳化硅SBD、MOSFET均已實現(xiàn)量產(chǎn)，國內(nèi)碳化硅廠商目前主要推出二極管產(chǎn)品，MOSFET只有極少數(shù)廠商量產(chǎn)，還有待突破，產(chǎn)線方面Cree、英飛凌等已開始布局8英寸線，而國內(nèi)廠商還在往6英寸線過渡。襯底市場僅Cree一家便占據(jù)了約40%份額。

未來很長一段時間里，國內(nèi)SIC產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的進擊之路。仍道阻且長！但好在SiC在5G、新能源汽車、光伏等各個領(lǐng)域的表現(xiàn)都[敏感詞]，市場足夠大，且國產(chǎn)替代需求持續(xù)，國內(nèi)企業(yè)尚可一拼！

目前國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)布局情況

SiC襯底

山東天岳、天科合達、中科節(jié)能、同光晶體

外延片生產(chǎn)

瀚天天成、東莞天域

SiC器件、模組生產(chǎn)企業(yè)

三安集成、泰科天潤、瞻芯電子、基本半導(dǎo)體、濟南魯晶半導(dǎo)體等。

魯晶半導(dǎo)體成立于2010年，十余年來一直專注于硅基半導(dǎo)體二三極管、MOS管的生產(chǎn)、銷售、研發(fā)，在業(yè)內(nèi)享有口碑。2016年以來，根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，積極布局第三代半導(dǎo)體器件的研發(fā)、封測和應(yīng)用。著力加大科研投入、培養(yǎng)人才隊伍來構(gòu)筑全新的技術(shù)創(chuàng)新體系。提升企業(yè)核心競爭力、充實企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的后勁，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供強有力的技術(shù)支撐。