產(chǎn)業(yè)觀察 | 這一輪碳化硅戰(zhàn)略機遇期，中國企業(yè)不能“缺席”

市調(diào)機構(gòu)Straits Research近日發(fā)布的一份研究報告顯示，2022年全球碳化硅晶圓市場規(guī)模已達8.19億美元，2031年將增長至29.49億美元，年復(fù)合增長率為15.30%，遠超半導(dǎo)體行業(yè)的整體增速。碳化硅器件應(yīng)用面迅速擴大，供應(yīng)持續(xù)吃緊，吸引越來越多企業(yè)大舉投入。目前的碳化硅產(chǎn)業(yè)仍以美、日、歐洲企業(yè)為主導(dǎo)，中國大陸廠商也在積極布局，已有超過50家國內(nèi)企業(yè)宣布以不同的形式涉足。面對這一輪碳化硅發(fā)展戰(zhàn)略機遇期，中國企業(yè)不能“缺席”。

碳化硅材料具備耐高壓和高頻性質(zhì)，能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運行，電能消耗更少、散熱性能更佳，十分適合制造電動車、5G通信、太陽能光伏等行業(yè)所需功率半導(dǎo)體器件。有觀點甚至認(rèn)為碳化硅將是超越摩爾定律，推進半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。

近年來，國際上幾家碳化硅龍頭大廠均有新的擴產(chǎn)計劃。最大的碳化硅晶圓廠Wolfspeed日前宣布，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；日本材料制造商Resonac（原昭和電工）將在2026年前把碳化硅晶圓產(chǎn)能提高到5萬片/月，為目前產(chǎn)能的5倍。安森美總裁Hassane EI-Khoury表示，2023年安森美最大的增長將來自于碳化硅在電動車市場的增長，未來3年碳化硅收入預(yù)計達到40億美元。

襯底材料是碳化硅產(chǎn)業(yè)中最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。碳化硅襯底既硬且脆，切割、研磨、拋光的難度都很高，這導(dǎo)致加工過程中更容易產(chǎn)生廢品，降低良品率。目前國際碳化硅大廠多在籌劃將碳化硅晶圓從6英寸轉(zhuǎn)向8英寸。而如何克服8英寸襯底難關(guān)成為衡量碳化硅產(chǎn)業(yè)的重要指標(biāo)。

盤點近年來碳化硅的主要投資項目。Wolfspeed于2022年4月啟動全球第一座8英寸碳化硅晶圓廠，2023年2月再次宣布計劃于德國薩爾州建設(shè)一座8英寸碳化硅工廠。另一家碳化硅大廠Coherent（原Ⅱ-Ⅵ）公司在2015年7月展示了8英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底，2022年3月宣布將在美國伊斯頓擴大6英寸和8英寸碳化硅襯底和芯片生產(chǎn)。日本半導(dǎo)體廠商羅姆于2009年收購德國SiCrystal公司后，預(yù)計將于2023年開始量產(chǎn)8英寸碳化硅襯底。德國功率半導(dǎo)體廠商英飛凌計劃在2023年開始量產(chǎn)8英寸襯底，2025年量產(chǎn)8英寸碳化硅器件。可以看出，國際碳化硅巨頭紛紛加快了在8英寸碳化硅上的布局。

這些年中國大陸廠商也在積極發(fā)展8英寸碳化硅晶圓。資料顯示，爍科晶體于2022年1月實現(xiàn)8英寸N型碳化硅拋光片的小批量生產(chǎn)。天科合達2020年開展8英寸導(dǎo)電型碳化硅單晶襯底的研發(fā)，計劃在2023年實現(xiàn)8英寸襯底產(chǎn)品的小規(guī)模量產(chǎn)?？朴寻雽?dǎo)體于2022年10月在6英寸碳化硅晶體厚度上實現(xiàn)40毫米的突破，后又在12月份宣布，通過自主設(shè)計制造的電阻長晶爐產(chǎn)出直徑超過8英寸的碳化硅單晶。2020年天岳先進啟動8英寸碳化硅襯底的研發(fā)，但目前尚未達到量產(chǎn)程度。晶盛機電在2022年8月宣布首顆N型SiC晶體成功出爐，預(yù)計2023年第二季度將實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。

可以看到，在碳化硅領(lǐng)域我國企業(yè)已取得了較大進步，從4英寸到6英寸，再到8英寸，代際差距不斷縮小。國際上4英寸碳化硅襯底量產(chǎn)時間相比國內(nèi)早10年以上；6英寸則大致早7年;8英寸時代差距有望進一步縮小。

不過有一點應(yīng)該注意，很多國際企業(yè)將8英寸碳化硅襯底的量產(chǎn)節(jié)點就定在今年。中國企業(yè)雖然也在8英寸襯底的開發(fā)上取得進展，但“小批量生產(chǎn)”與“量產(chǎn)”是不同的，二者在良率、成本上有著極大的差別。此外，我國企業(yè)對來自歐美、日本的碳化硅設(shè)備仍有很大依賴。

但是中國企業(yè)只要持續(xù)努力，是有機會在這一輪碳化硅發(fā)展熱潮中追趕上國際先進水平的。正如第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長兼秘書長楊富華在論壇發(fā)言時指出，中國寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正迎來戰(zhàn)略機遇期。目前，新型電力系統(tǒng)、高鐵、新能源汽車、5G/6G通信、半導(dǎo)體照明及超越照明、工業(yè)電機及消費電子等市場已啟動，應(yīng)用需求將大大驅(qū)動技術(shù)創(chuàng)新。如今，中國在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)有了一定的技術(shù)儲備，且國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和裝備巨頭還未形成專利、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模的壟斷，中國與國際先進水平差距不大。

編輯丨邱江勇

美編丨馬利亞