近兩年，SiC市場愈發(fā)受到市場重視，包括汽車、太陽能、儲能等應用領域紛紛加大碳化硅應用。

鑒于SiC材料的優(yōu)越特性，行業(yè)客戶對SiC發(fā)展前景充滿信心，全球主要的SiC廠商如英飛凌、ST和安森美等都在大舉擴產(chǎn)建能，國內碳化硅項目也如火如荼開展。僅從2023年12月初到2024年1月中旬的一個多月時間，就有十多個SiC相關項目迎來新進展。近期又有三個碳化硅相關項目迎來新動態(tài)。

2月1日，嘉興國家高新區(qū)SiC半橋模塊制造項目簽約儀式舉行。該項目由浙江晶能微電子有限公司與星驅技術團隊共同出資設立，重點布局車規(guī)SiC半橋模塊。項目總投資約10億元，規(guī)劃建設年產(chǎn)90萬套SiC半橋模塊制造生產(chǎn)線及相關配套。

近期，浙江嘉興平湖市政府公示了“年產(chǎn)90萬片功率模塊、45萬片PCBA板和20萬臺電機控制器”建設項目規(guī)劃批前公告。

據(jù)披露，該項目建設單位為臻驅科技全資子公司——臻驅半導體（嘉興）有限公司（以下簡稱臻驅半導體），臻驅半導體擬投約資6.45億元建造廠房用于生產(chǎn)及研發(fā)等，項目建筑面積4.58萬平米。

近日，位于廈門火炬高新區(qū)的三優(yōu)光電產(chǎn)業(yè)園項目取得竣工驗收備案證明書。

據(jù)了解，三優(yōu)光電產(chǎn)業(yè)園項目總投資約2.5億元，總建筑面積約4.74萬平米，項目除整合公司現(xiàn)有產(chǎn)線之外，還將新建5G承載網(wǎng)設備光電器件、1200V以上SiC系列產(chǎn)品、傳感激光光源、MEMS芯片封測等產(chǎn)線的設計研發(fā)中心，以及相關配套基礎設施。


碳化硅熱度不減

有專家預測：以SiC材料為代表的第3代半導體材料及器件產(chǎn)業(yè)，將是繼風能、太陽能之后又一新興的大產(chǎn)業(yè)。

SiC半導體潛在應用領域較為廣泛，對新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)等領域都具有潛在的應用前景。隨著下游行業(yè)對半導體功率器件輕量化、高轉換效率、低發(fā)熱特性需求的持續(xù)增加，SiC在功率器件中取代Si成為行業(yè)發(fā)展的必然。

新能源產(chǎn)業(yè)，特別是新能源汽車的蓬勃發(fā)展，帶動碳化硅市場走熱。除此以外，參與到能源的生產(chǎn)與分配，包括EV、儲能、UPS、充電樁等領域的碳化硅市場開始供不應求。”集邦咨詢分析師龔瑞驕分析道。

在整個碳化硅的投資中，8英寸是當前重點布局的方向，碳化硅推廣的重點在于降本，而8英寸的產(chǎn)品則可以有效實現(xiàn)這一目標。

“8英寸碳化硅，被認為是碳化硅的黃金賽道，相較6英寸有很多的優(yōu)勢，特別是成本方面。”爍科晶體總經(jīng)理助理馬康夫表示，8英寸的邊緣損耗更小，尺寸越大晶片的利用面積更大。據(jù)wolfspeed統(tǒng)計，未來通過產(chǎn)量的提升，規(guī)模效益的提升，以及自動化效益的提升，8英寸相對6英寸成本會降低63%。

還有廠商表示，目前硅基器件廠的8寸產(chǎn)品比較成熟，因此他們更愿意接受8英寸碳化硅襯底。

國產(chǎn)企業(yè)突破單晶制備難題

在新能源汽車、工業(yè)互聯(lián)、5G通信、消費電子等多重需求強力拉動下，以碳化硅為代表的第三代半導體產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。中國電科高度重視第三代半導體產(chǎn)業(yè)布局，集聚全國50多家產(chǎn)學研用優(yōu)勢單位，牽頭組建國家第三代半導體技術創(chuàng)新中心，完成從材料、裝備、工藝到器件、模塊、應用的體系化布局，推動第三代半導體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力整體躍升。

隆冬時節(jié)，中國電科（山西）碳化硅材料產(chǎn)業(yè)基地生產(chǎn)車間緊張忙碌，一排排3米高碳化硅單晶生長設備表面平靜，里面2000℃以上的高溫中，正進行著驚人的化學反應——一個個碳化硅晶錠正在快速生長。

“碳化硅單晶制備是全球性難題，而高穩(wěn)定的晶體生長則是其中最核心的一環(huán)。”技術專家表示，深耕碳化硅材料和大尺寸單晶研發(fā)“賽道”，團隊自研碳化硅單晶生長爐，完成高純碳化硅粉料制備，突破4英寸、6英寸碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)化關鍵技術，攻克N型碳化硅單晶襯底、高純半絕緣碳化硅單晶襯底制備難題，解決“切、磨、拋”等工藝難點，實現(xiàn)碳化硅粉料制備、單晶生長、晶片加工等全流程自主創(chuàng)新。2023年，團隊成功實現(xiàn)8英寸碳化硅單晶及襯底小批量出貨，6英寸中高壓碳化硅外延片月產(chǎn)能力大幅提升。

“相較于6英寸外延設備，自主研發(fā)的8英寸碳化硅外延設備生產(chǎn)出的外延片邊緣損耗更小、可利用面積更大。”技術專家表示，自主研制三代半導體專用核心裝備挺進“8英寸時代”一直是產(chǎn)業(yè)焦點。科研團隊接力攀登，努力攻克關鍵核心技術，推動8英寸碳化硅單晶生長設備、外延設備、晶圓檢測設備、離子注入設備、減薄設備實現(xiàn)整線集成，讓單片晶圓芯片產(chǎn)出提高90%，單位芯片成本可降低近50%。

不斷刷新材料、裝備研制高度，持續(xù)拓寬器件應用廣度。

“這是一個1200伏、100安的碳化硅半導體器件，電能的處理和控制，靠的就是這個。”小心翼翼用真空吸筆拾取碳化硅器件，技術專家笑著說，隨著國產(chǎn)新能源汽車生產(chǎn)量迅猛攀升，碳化硅材料研制的器件、模塊，快速走向應用舞臺“C位”。相同規(guī)格下碳化硅MOSFET的尺寸只有硅基產(chǎn)品的1/10，但導通電阻是后者的百分之一，總能量損耗可以降低70%。

雖然碳化硅器件、模塊前景亮麗，但是撬動市場的，永遠是創(chuàng)新的系統(tǒng)設計及規(guī)模化應用水平。“研發(fā)過程中，尤其在核心指標遇到較大困難時，我們從不放棄，堅信熬過最難關口，一定能成功！”沿著行業(yè)脈動不懈攀登，技術人員加快布局推進8英寸第三代半導體器件中試平臺建設，打造穩(wěn)定開放的研發(fā)創(chuàng)新平臺及產(chǎn)業(yè)共性技術平臺，致力于為行業(yè)提供更多源頭技術供給，推動產(chǎn)業(yè)鏈向高端躍升。

國產(chǎn)替代還需持續(xù)發(fā)力

襯底：國外龍頭壟斷，國內奮起直追

大尺寸襯底能有效攤薄成本，是行業(yè)發(fā)展主流。目前碳化硅襯底主流尺寸是4/6寸，其中半絕緣型碳化硅襯底以4寸為主，導電型碳化硅襯底以6寸為主。據(jù)業(yè)界消息顯示，當襯底從6寸擴大到8寸時，可切割出的碳化硅芯片(32mm2)數(shù)量有望從448顆增加到845顆，增加了75%。當下國際上龍頭企業(yè)的碳化硅襯底正從6寸往8寸發(fā)展，包括Wolfspeed、II-VI以及國內碳化硅襯底龍頭企業(yè)天岳先進等都已成功研發(fā)8英寸襯底產(chǎn)品。

從海內外市占率看，Wolfspeed和II-VI公司在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面領先國內數(shù)十年，其中Wolfspeed/II-VI的6寸半絕緣型碳化硅襯底量產(chǎn)時間遠遠早于天岳先進。目前我國企業(yè)龍頭天科合達、天岳先進還在奮起直追。據(jù)天岳先進等龍頭企業(yè)財報數(shù)據(jù)顯示，在絕緣型襯底方面，天岳先進全球市占率約為30%。


外延：國外企業(yè)主導型強，國內未來規(guī)模產(chǎn)能穩(wěn)定

在外延片上，Wolfspeed與昭和電工占據(jù)了全球超90％的碳化硅導電型外延片市場份額，形成雙寡頭壟斷。目前我國由于進口外延爐供貨短缺，國內外延爐仍需驗證并且外延工藝難度大，國內SiC外延廠商較少，市占率較低。

就國內企業(yè)看，瀚天天成和東莞天域技術及產(chǎn)能較為穩(wěn)定。技術上，兩者在6英寸外延均較為成熟和穩(wěn)定，在8英寸均有儲備。產(chǎn)能方面，瀚天天成2022年6英寸產(chǎn)能達12萬片，2023年計劃產(chǎn)能40萬片（包括6/8英寸），至2025年產(chǎn)能目標約140萬片；東莞天域2022年6英寸產(chǎn)能達8萬片，并且啟動年產(chǎn)100萬片的6/8英寸外延項目，預計2025年竣工并投產(chǎn)。

外延設備國產(chǎn)化是國內發(fā)展的重中之重，目前國內廠商晶盛機電、北方華創(chuàng)、中電48所等正在加強研究，其中晶盛機電6寸單片式碳化硅外延設備已實現(xiàn)國產(chǎn)替代，2022年公司外延設備市占率居國內前列。2023年6月晶盛機電又成功研發(fā)8英寸單片式碳化硅外延生長設備，引領國產(chǎn)替代。


器件制造：設計、制造、封測缺一不可，道阻且長

在碳化硅器件制造設計端上，SiC二極管商業(yè)化正在逐步完善，但SiC MOS發(fā)展較面臨較多難點，與國外廠商差距較大。目前ST、英飛凌、Rohm等廠商已實現(xiàn)600-1700V SiC MOS實量產(chǎn)并和多制造業(yè)達成簽單出貨；國內則還處于設計流片階段，距離大規(guī)模商業(yè)化仍有較長時間。

碳化硅器件制造則與設備國產(chǎn)化進程息息相關，設備需求主要包括高溫離子注入機、高溫退火爐、SiC減薄設備、背面金屬沉積設備、背面激光退火設備、SiC襯底和外延片表面缺陷檢測和計量。近幾年是國產(chǎn)設備廠商的黃金發(fā)展3年，我國上述設備在近幾年得到較快發(fā)展。

在碳化硅器件封測領域，氮化硅主要采用AMB工藝，更受行業(yè)歡迎。據(jù)悉，AMB工藝生產(chǎn)的陶瓷襯板主要運用在功率半導體模塊上作為硅基、碳化基功率芯片的基底。由于氮化硅陶瓷基板的多種特性與第3代半導體襯底SiC晶體接近，使其能夠與SiC晶體材料匹配更穩(wěn)定，因此成為SiC半導體導熱基板材料首選，特別在800V以上高端新能源汽車中應用中不可或缺。

另外，目前以硅基材料為主的IGBT模塊在具有高導熱性、高可靠性、高功率等要求的軌道交通、工業(yè)級、車規(guī)級領域正逐漸采用AMB陶瓷襯板替代原有的DBC陶瓷襯板。中國AMB陶瓷基板更多是依賴進口，國內廠商包括博敏電子、富樂華正在加速擴產(chǎn)。