當(dāng)前，全球半導(dǎo)體景氣正逐漸回升，存儲芯片、半導(dǎo)體設(shè)備、第三代半導(dǎo)體等細(xì)分產(chǎn)業(yè)鏈熱鬧不斷。碳化硅作為第三代半導(dǎo)體代表產(chǎn)品之一，近年來憑借獨有的特性在新能源汽車等應(yīng)用領(lǐng)域過得風(fēng)生水起，其制備工藝日益成熟，現(xiàn)如今碳化硅已成為一條具有完整供應(yīng)鏈體系的成熟產(chǎn)業(yè)，也是業(yè)界十分關(guān)注的重點市場。

近期，碳化硅市場再傳來簽單、開工等佳音，其中不乏有意法半導(dǎo)體、英飛凌、三安光電、羅姆、Wolfspeed等大廠身影。

碳化硅簽單不斷

企業(yè)鎖定后方供應(yīng)鏈

新能源汽車、5G通訊、數(shù)據(jù)中心以及光伏等熱門應(yīng)用領(lǐng)域拉動需求，碳化硅市場規(guī)模開始爆發(fā)。在此背景下，全球碳化硅相關(guān)廠商正在不斷尋求合作，保障供應(yīng)鏈體系，以及擴充產(chǎn)能，以滿足市場需求。并且業(yè)界認(rèn)為，市場訂單能見度有望持續(xù)保持高水平。

碳化硅市場近期再現(xiàn)10個訂單。其中，包括羅姆集團(tuán)旗下SiCrystal與意法半導(dǎo)體新簽協(xié)議，擴大碳化硅襯底供應(yīng)；世紀(jì)金芯與日本某客戶簽訂了SiC襯底片訂單；創(chuàng)微微電子中標(biāo)碳化硅設(shè)備訂單；羲和未來科技與英飛凌簽訂一份合作伙伴備忘錄，后者將為前者提供SiC等功率半導(dǎo)體器件；全球半導(dǎo)體測試和老化設(shè)備供應(yīng)商Aehr的FOX-NP SiC MOSFET多晶圓測試和老化系統(tǒng)獲得美企訂單；Axcelis交付多批離子注入設(shè)備.....

值得一提的是，愛思強接連斬獲兩份訂單：愛思強與Wolfspeed在2023年Q3-Q4期間簽訂了多個SiC設(shè)備訂單；愛思強G10-SiC外延生產(chǎn)平臺將批量交付給Vishay NWF車規(guī)晶圓廠。據(jù)悉，Vishay是一家分立半導(dǎo)體和無源電子元件制造商。


車規(guī)缺貨 長單頻現(xiàn)

“目前，車規(guī)級碳化硅器件缺貨，預(yù)計未來一段時間內(nèi)都供不應(yīng)求。”某國內(nèi)頭部碳化硅器件廠商相關(guān)人士在接受記者采訪時表示，當(dāng)前碳化硅市場處于結(jié)構(gòu)性缺貨中，車規(guī)級產(chǎn)品持續(xù)短缺，風(fēng)光儲需求也在增長。博世中國執(zhí)行副總裁徐大全也表示，由于新能源汽車快速發(fā)展，碳化硅芯片在未來2至3年都將呈現(xiàn)供不應(yīng)求的態(tài)勢。

對于車規(guī)級碳化硅市場規(guī)模，林志東給記者算了一筆賬：一塊主驅(qū)動需要48顆碳化硅芯片，一個車載充電器（OBC）需要6顆碳化硅二極管，而現(xiàn)在，一片碳化硅晶圓只夠裝備兩輛電動汽車。假設(shè)到2025年全球新能源汽車銷量是2000萬輛，碳化硅器件滲透率達(dá)到30%至40%，那么對應(yīng)的年缺口則為300萬片6英寸晶圓。

巨大的市場缺口之下，國內(nèi)外大公司尋求簽訂長單成為行業(yè)“新常態(tài)”。除了三安光電手握巨額訂單，天岳先進(jìn)與天科合達(dá)均于5月3日在官網(wǎng)披露，其與英飛凌簽訂了一份長期協(xié)議，為后者提供高質(zhì)量且有競爭力的6英寸碳化硅襯底和晶棒，并助力其向8英寸碳化硅晶圓過渡。

同時，面對潛在的發(fā)展機遇，碳化硅公司紛紛加快“上車”（車規(guī)級應(yīng)用）。林志東介紹，三安光電目前有7款產(chǎn)品通過車規(guī)級認(rèn)證并開始逐步出貨，其中在車載充電器（OBC）客戶端處于驗證導(dǎo)入階段；車規(guī)級1200V MOSFET芯片已在戰(zhàn)略客戶處進(jìn)行模塊驗證，預(yù)計2024年正式量產(chǎn)。斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微、華潤微也紛紛在2022年年報中披露了車規(guī)級碳化硅產(chǎn)品進(jìn)展情況。

“風(fēng)光儲對碳化硅的需求也在穩(wěn)定增長。”上述國內(nèi)頭部碳化硅器件廠商相關(guān)人士告訴記者，光伏逆變器已經(jīng)開始大規(guī)模使用碳化硅器件，碳化硅的耐高壓優(yōu)勢使得其在風(fēng)能、儲能領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

而在新能源汽車、風(fēng)光儲等行業(yè)需求拉動下，碳化硅公司相關(guān)業(yè)務(wù)正步入高速發(fā)展期。

四國爭雄各具實力

巨大的發(fā)展前景使得越來越多國家和地區(qū)的企業(yè)投入碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展之中。從目前市場格局來看，正在逐步形成美、歐、日、中四個產(chǎn)業(yè)集中的區(qū)域。

美國占據(jù)主導(dǎo)地位。美國廠商在碳化硅領(lǐng)域仍舊占據(jù)主導(dǎo)地位。Wolfspeed和安森美半導(dǎo)體在全球碳化硅市場的地位都十分穩(wěn)固。近來，Wolfspeed開始積極強化與下游的合作，計劃與汽車零部件供應(yīng)商采埃孚合作，投資30億美元在德國薩爾州建設(shè)半導(dǎo)體廠，此外還與梅賽德斯-奔馳達(dá)成合作，將為其供應(yīng)碳化硅器件。此前，Wolfspeed宣布將在美國北卡羅來納州建造一座價值數(shù)十億美元的新工廠，預(yù)計2030年完工；同時在美國紐約州建設(shè)全球首座8英寸碳化硅工廠，總投資達(dá)到50億美元。Wolfspeed公司首席技術(shù)官John Palmour表示，新工廠最終將使碳化硅晶圓的制造能力增加13倍。安森美也很早就開始在布局碳化硅市場，2015年完成了對仙童半導(dǎo)體的收購、2021年完成了對美國GTAT的收購，增強自身碳化硅的供應(yīng)能力。安森美計劃繼續(xù)投資增加GTAT的制造設(shè)施，提高產(chǎn)能。

歐洲強化垂直整合。歐洲碳化硅企業(yè)在設(shè)計、制造、器件等領(lǐng)域具備領(lǐng)先優(yōu)勢，如英飛凌和意法半導(dǎo)體等。目前歐洲廠商正通過垂直化整合，加大擴產(chǎn)力度，不斷強化在該領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢。今年2月，英飛凌宣布投資超過20億歐元，擴大在馬來西亞的碳化硅工廠產(chǎn)能，將在2024年下半年投入運營；意法半導(dǎo)體表示將在未來4年內(nèi)大幅提高晶圓產(chǎn)能，計劃到2024年將碳化硅晶圓產(chǎn)能提高到2017年的10倍。2021年11月，德、法等歐洲7國的34家實體聯(lián)合發(fā)起“碳化硅價值鏈項目”，在歐洲建立完整可控的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈，維持從材料、襯底、器件、封裝、電力電子應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈競爭力。

日本碳化硅火力全開。日本企業(yè)在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的實力一直相對穩(wěn)固，目前瞄準(zhǔn)電動汽車需求擴大，紛紛增產(chǎn)節(jié)碳化硅。東芝計劃在2025年度之前把生產(chǎn)規(guī)模擴大到2020年度的10倍。羅姆將投資500億日元強化碳化碳生產(chǎn)。日本富士電機也在考慮將碳化硅產(chǎn)品的投產(chǎn)時間比原計劃的2025年提前半年至一年。三菱電機表示，正在加強對 SiC 的努力，將獨特的制造工藝應(yīng)用于溝槽 MOSFET 以進(jìn)一步提高性能和生產(chǎn)力之外。該公司還考慮制造 8 英寸碳化硅晶圓。

中國渡過產(chǎn)業(yè)化初期。我國碳化硅處于不斷加速階段。據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會半導(dǎo)體材料分會統(tǒng)計我國從事碳化硅襯底研制的企業(yè)已經(jīng)有30家（不包括中國電科46所、硅酸鹽所、浙江大學(xué)和天津理工大學(xué)等純研究機構(gòu)），近年來這些單位的規(guī)劃總投資已經(jīng)超過300億元，規(guī)劃總產(chǎn)能已經(jīng)超過180萬片/年。部分企業(yè)度過了發(fā)展的初始階段。4月份，基本半導(dǎo)體在深圳的車規(guī)級碳化硅芯片產(chǎn)線通線，主要產(chǎn)品為6英寸碳化硅MOSFET晶圓等。三安光電湖南碳化硅二期項目正推進(jìn)建設(shè)，產(chǎn)能已達(dá)1.2萬片/月，硅基氮化鎵產(chǎn)能2000片/月；二期工程將于2023年貫通，達(dá)產(chǎn)后配套年產(chǎn)能將達(dá)到36萬片。


8英寸破局之路

重在產(chǎn)能/良率

從特性上看，相較于硅，碳化硅具備禁帶寬度大、擊穿場強高、電子飽和速度高、導(dǎo)熱系數(shù)高等優(yōu)異的物理性質(zhì)。碳化硅功率器件在新能源汽車、軌道交通、光伏發(fā)電、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域呈現(xiàn)出比硅功率器件更好的耐高溫、耐高壓特性。從制備環(huán)節(jié)上看，碳化硅器件主要分為襯底制備、外延、器件設(shè)計、器件制造、封測等環(huán)節(jié)，其中，碳化硅襯底占據(jù)價值鏈的最高點。

值得一提的是，從表中訂單內(nèi)容來看，有不少訂單鎖定8英寸產(chǎn)能供應(yīng)。從供應(yīng)鏈角度上看，近年來，碳化硅產(chǎn)業(yè)由6英寸加速向8英寸轉(zhuǎn)型，據(jù)此前全球半導(dǎo)體觀察此前文章統(tǒng)計，國際方面8英寸晶圓制造已邁向量產(chǎn)前夕，國產(chǎn)廠商方面則有更多廠家具備量產(chǎn)能力，產(chǎn)業(yè)鏈條進(jìn)一步完善成熟。

從國際動態(tài)上看，Wolfspeed、英飛凌、博世、onsemi等海外公司的8英寸晶圓量產(chǎn)時間集中于2024年下半年至2026年期間。其中：Wolfspeed 8英寸器件已公布，預(yù)計2024年第二季產(chǎn)能利用率達(dá)20％以上；onsemi在2024年韓國廠正式運行，預(yù)計今年產(chǎn)能為去年的1.7倍，2026年產(chǎn)能規(guī)劃約為80萬片；英飛凌透露今年居林廠開始量產(chǎn)8英寸碳化硅和氮化鎵器件，預(yù)計到2027年產(chǎn)能約為80萬片，為2023年初的10倍。

而國內(nèi)廠商方面，雖然在量產(chǎn)時間上與國際大廠仍然存在一定時間差，但是目前天岳先進(jìn)、天科合達(dá)兩家大廠已經(jīng)成功打入全球?qū)щ娦吞蓟枰r底材料市場前十榜單；天域半導(dǎo)體則在碳化硅外延片處于領(lǐng)先地位。

從近期技術(shù)研發(fā)動態(tài)上看，科友半導(dǎo)體于3月27日與俄羅斯N公司在哈爾濱簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，開展“八英寸碳化硅完美籽晶”的項目合作，雙方將研發(fā)獲得“無微管，低位錯”完美籽晶，應(yīng)用品質(zhì)優(yōu)異的籽晶進(jìn)行晶體生長，會進(jìn)一步大幅降低8英寸碳化硅晶體內(nèi)部的微管、位錯等缺陷密度。據(jù)悉，科友半導(dǎo)體8英寸SiC中試線平均長晶良率已突破50%，晶體厚度15mm以上。

世紀(jì)金芯、青禾晶元等企業(yè)也表示研發(fā)已有所突破。世紀(jì)金芯突破了8英寸SiC關(guān)鍵技術(shù)，其開發(fā)的8寸SiC單晶生長技術(shù)可重復(fù)生長出4H晶型100%、直徑大于200mm、厚度超過10mm的晶體，8寸加工線也同步建成，將配套8寸單晶生長。通過進(jìn)一步優(yōu)化工藝，預(yù)期公司的8寸SiC晶錠厚度將達(dá)到20mm以上。

青禾晶元已成功制備了8英寸SiC鍵合襯底。對比6英寸SiC晶圓，8英寸SiC晶圓可用面積幾乎增加一倍，芯片產(chǎn)出可增加80-90％，SiC晶圓升級到8英寸將會給汽車和工業(yè)客戶帶來重大收益，因此，SiC晶圓走向8英寸是業(yè)界公認(rèn)的發(fā)展趨勢。此外，該公司認(rèn)為本次突破8英寸SiC鍵合襯底制備，有望加速8英寸SiC襯底量產(chǎn)進(jìn)程，為產(chǎn)業(yè)界客戶提供更具競爭力的價格。

據(jù)全球市場研究機構(gòu)TrendForce集邦咨詢此前表示，從6英寸升級到8英寸，襯底的加工成本有所增加，但可以提升芯片產(chǎn)量，8英寸能夠生產(chǎn)的芯片數(shù)量約為6英寸SiC晶圓的1.8倍，向8英寸轉(zhuǎn)型，是降低SiC器件成本的可行之法。同時8英寸襯底厚度增加有助于在加工時保持幾何形狀，減少邊緣翹曲度，降低缺陷密度，從而提升良率，采用8英寸襯底能夠大幅降低單位綜合成本。各大廠商積極布局8英寸，技術(shù)方面持續(xù)突破，有助于推動良率提升，對于未來8英寸大規(guī)模普及意義重大。