SiC戰(zhàn)鼓擂響，中國(guó)勝算幾何

以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體市場(chǎng)正在蓬勃發(fā)展。隨著5G、電動(dòng)汽車等新興市場(chǎng)出現(xiàn)，SiC和GaN不可替代的優(yōu)勢(shì)使得相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用加速；隨著制備技術(shù)的進(jìn)步，SiC與GaN器件與模塊在需求拉動(dòng)下，疊加成本降低，SiC和GaN將迎來(lái)高光時(shí)代。

IDM強(qiáng)化SiC業(yè)務(wù)，帶頭大哥Cree蛻變

2021年3月1日，科銳（Cree）宣布完成出售LED產(chǎn)品事業(yè)部門，加上2019年5月完成照明業(yè)務(wù)出售交易，至此Cree完全蛻變成一家以寬禁帶半導(dǎo)體SiC（SiC on SiC，功率器件）和GaN（GaN on SiC，射頻器件 ）產(chǎn)品為主的公司，主要業(yè)務(wù)包括出售襯底、外延片、功率或射頻器件產(chǎn)品，并且提供氮化鎵射頻器件代工業(yè)務(wù)，囊括了寬禁帶半導(dǎo)體的所有環(huán)節(jié)。此外，公司還宣布，將在2021年底正式更名“疾狼（Wolfspeed）”。 

1987年成立的Cree在SiC和GaN上創(chuàng)造了多個(gè)業(yè)界第一：1991年發(fā)布了世界上第一個(gè)商業(yè)化的SiC晶圓；1998年推出業(yè)界首個(gè)基于SiC基GaN的HEMT產(chǎn)品；2000年首次展示了具有創(chuàng)紀(jì)錄功率密度的GaN MMIC產(chǎn)品；2002年發(fā)布600V商用SiC JBS（肖特基二極管）；2011年推出業(yè)界首款SiC MOSFET；2017年推出業(yè)界首個(gè)1700V SiC半橋模塊，并發(fā)布了900 V/150 A的SiC MOSFET芯片。

2019年5月，Cree宣布將在5年內(nèi)投資10億美元用于在美國(guó)擴(kuò)大SiC和GaN產(chǎn)能，包括投資4.5億美元在紐約州Marcy建造一座8英寸晶圓工廠（North Fab），同時(shí)投資4.5億美元在總部北卡羅萊納州達(dá)勒姆市（Durham）改擴(kuò)建6英寸晶圓和襯底材料工廠為超級(jí)襯底材料工廠，另外1億美元用于流動(dòng)資金。同年10月宣布在紐約州立理工學(xué)院奧爾巴尼分校成功完成了首批8英寸SiC晶圓樣品的制備。

Cree位于紐約Marcy的8英寸SiC晶圓工廠已于2020年2月開(kāi)工，2021年4月設(shè)備開(kāi)始搬入，預(yù)計(jì)將在2022年啟用生產(chǎn)。FAB空間458000平方英尺，其中潔凈室空間為135000平方英尺。到2024年滿產(chǎn)時(shí)，將達(dá)到2017年產(chǎn)能的30倍，同時(shí)產(chǎn)品要符合車規(guī)級(jí)。 

Cree的雄心計(jì)劃：2024年8英寸SiC晶圓工廠規(guī)劃達(dá)產(chǎn)； 2024年SiC和GaN器件產(chǎn)品業(yè)務(wù)占比將超過(guò)材料業(yè)務(wù)占比；2024年?duì)I收15億美元，EBIT3.75億元的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。  

新的8英寸SiC晶圓工廠

Infineon提供全方位產(chǎn)品組合

英飛凌（Infineon）布局SiC多年，早在1992年Infineon的前身西門子半導(dǎo)體部門就開(kāi)始研究SiC；1998年開(kāi)始2英寸SiC生產(chǎn)；2001年SiC二極管上市；2006年推出首款SiC混合模塊2007年開(kāi)始3英寸SiC生產(chǎn)；2009年推出首個(gè)SiC高壓模塊；2010年開(kāi)始4英寸SiC生產(chǎn)；2014年發(fā)布SiC結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）；2015年開(kāi)始向6英寸轉(zhuǎn)換；2016年推出CoolSiC MOSFET，并迅速由太陽(yáng)能市場(chǎng)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用、汽車市場(chǎng)。

2018年，英飛凌收購(gòu)了碳化硅晶圓切割領(lǐng)域的新銳公司Siltectra，據(jù)悉Siltectra的冷切割技術(shù)（Cold Spilt）相比傳統(tǒng)工藝將提高90%的生產(chǎn)效率。2020年11月13日，Infineon與GT Advanced Technologies（GTAT）簽署五年期SiC晶棒供貨協(xié)議。

STM解決材料困擾

1996年意法半導(dǎo)體（STM）就開(kāi)始進(jìn)軍SiC市場(chǎng)，一直和SiC襯底和外延片制造商合作，2004年推出公司第一個(gè)SiC二極管，2009年推出首個(gè)SiC MOSFET，隨后進(jìn)入車規(guī)級(jí)市場(chǎng)。2016年開(kāi)始采用6英寸SiC外延片。

為了讓SiC的供應(yīng)鏈變得更加穩(wěn)健，意法半導(dǎo)體（STM）除簽署長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議后，還進(jìn)行了并購(gòu)。

2019年1月，意法半導(dǎo)體（STM）和Cree簽署一項(xiàng)多年期協(xié)議，在此期間，意法半導(dǎo)體可獲得價(jià)值2.5億美元6英寸SiC襯底和外延片。

2019年12月，意法半導(dǎo)體（STM）以1.375億美元現(xiàn)金完成收購(gòu)瑞典SiC襯底和外延片制造商N(yùn)orstel AB，Norstel將被完全整合到意法半導(dǎo)體（STM）的全球研發(fā)和制造業(yè)務(wù)中，繼續(xù)發(fā)展6英寸碳化硅襯底和外延片生產(chǎn)業(yè)務(wù)、研發(fā)6英寸碳化硅襯底和外延片以及更廣泛的寬禁帶材料。

意法半導(dǎo)體（STM）表示公司大力發(fā)展碳化硅（SiC）業(yè)務(wù)，并將其作為戰(zhàn)略和收入的關(guān)鍵部分的計(jì)劃。

Rohm積極投資擴(kuò)產(chǎn)

2000年羅姆（Rohm）就已經(jīng)開(kāi)始研究SiC，直到2009年通過(guò)收購(gòu)德國(guó)SiC襯底和外延片供應(yīng)商SiCrystal，真正有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。2010年推出首批批量生產(chǎn)的SiC肖特基二極管和MOSFET，2012年批量生產(chǎn)全SiC模塊，2015年率先推出溝槽型的SiC MOSFET，2017年交付6英寸SBD。20年的時(shí)間，羅姆（Rohm）生產(chǎn)的SiC也從2英寸逐漸發(fā)展到6英寸SiC-SBD。

羅姆（Rohm）近年加大在SiC的投資，計(jì)劃到2025年投資850億日元，預(yù)計(jì)產(chǎn)能到2025年將達(dá)到16倍。

2021年1月羅姆（Rohm）福岡筑后工廠新廠房竣工，將逐步開(kāi)始安裝生產(chǎn)設(shè)備，并建立可滿足SiC功率元器件中長(zhǎng)期增長(zhǎng)需求的生產(chǎn)系統(tǒng)，預(yù)計(jì)將于2022年投產(chǎn)。

代工廠紛紛加碼SiC

對(duì)SiC代工公司和以及碳化硅FABLESS來(lái)說(shuō)，要想在市場(chǎng)上取得顯著的進(jìn)展并不容易在SiC市場(chǎng)上，IDM（集成器件制造商）占據(jù)主導(dǎo)地位，科銳（Cree）、英飛凌（Infineon）、羅姆（Rohm）和意法半導(dǎo)體（STM）等是他們的強(qiáng)勁對(duì)手，這些友商都擁有自己的晶圓制造廠。

SiC代工業(yè)務(wù)剛剛起步，但SiC代工廠希望能夠復(fù)制成功的硅代工廠的模式。德國(guó)X-Fab、英國(guó)Clas-SiC（6英寸）、韓國(guó)YES POWERTECHNIX（YPT）以及中國(guó)的中國(guó)臺(tái)灣漢磊（Episil）、廈門三安（SANAN）、蕪湖啟迪（TUS SEMI）都希望從中分到一杯羹。

德國(guó)X-Fab

德國(guó)X-Fab已經(jīng)在其位于美國(guó)德克薩斯州拉伯克（Lubbock）的工廠提供SiC代工服務(wù)，2020年啟動(dòng)了SiC內(nèi)部外延生產(chǎn)線，客戶增至23個(gè)，tape outs數(shù)量從106增至216個(gè)，有8個(gè)客戶在進(jìn)行生產(chǎn)，4個(gè)客戶采用X-Fab提供的外延片。2020年SiC營(yíng)收為2100萬(wàn)美元，較2019年?duì)I收2320萬(wàn)美元下滑10%，但產(chǎn)量增長(zhǎng)了26%。據(jù)X-FAB表示，營(yíng)收下滑是由于原有客戶開(kāi)始自行提供外延片導(dǎo)致。

漢磊（Episil）

2021年4月29日，漢磊（Episil）宣布將投資50億新臺(tái)幣（約11.6億人民幣），全力發(fā)展氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）外延和器件代工。

漢磊從2015年開(kāi)始為客戶提供4英寸SiC 600V-1200V SBD和MOSFET代工，并在2019年開(kāi)始6英寸SiC代工，其SBD/JBS平臺(tái)良率超過(guò)95%。同時(shí)，漢磊還在開(kāi)發(fā)1700V的SiC SBD和SiC溝槽MOSFET工藝。

2020年第2季已通過(guò)歐規(guī)車用VDA6.3評(píng)鑒，48V GaN也已取得Tier 1客戶認(rèn)證，650V GaN已有數(shù)個(gè)客戶在導(dǎo)入。

2020年6月開(kāi)始驗(yàn)證子公司嘉晶6英寸碳化硅晶圓。2020年嘉晶完成了650V的硅基GaN外延平臺(tái)開(kāi)發(fā)，并開(kāi)發(fā)出應(yīng)用于射頻的SiC基GaN和硅基GaN外延產(chǎn)品，2020年底SiC基GaN驗(yàn)證完成，硅基GaN預(yù)計(jì)2021年驗(yàn)證完成。嘉晶已開(kāi)發(fā)完成1700V與3300V SiC外延平臺(tái)，3300V SiC外延平臺(tái)已有日本客戶完成驗(yàn)證。

其實(shí)漢磊從2009年就投入GaN代工服務(wù)。

廈門三安

廈門三安（SANAN）在電力電子領(lǐng)域，現(xiàn)已推出高可靠性，高功率密度的SiC功率二極管及硅基氮化鎵功率器件，已完成SiC功率二極管650V到1700V布局。

碳化硅功率二極管及MOSFET及硅基氮化鎵功率器件主要應(yīng)用于新能源汽車、充電樁、光伏逆變器等電源市場(chǎng)，目前碳化硅二極管開(kāi)拓客戶182家，送樣客戶92家，轉(zhuǎn)量產(chǎn)客戶35家，超過(guò)30種產(chǎn)品已進(jìn)入批量量產(chǎn)階段。二極管產(chǎn)品已有2款產(chǎn)品通過(guò)車載認(rèn)證，送樣客戶4家。在硅基氮化鎵功率器件方面，完成約40家客戶工程送樣及系統(tǒng)驗(yàn)證，已拿到12家客戶設(shè)計(jì)方案，4家進(jìn)入量產(chǎn)階段。

韓國(guó)YES POWERTECHNIX（YPT）

成立于2017年的韓國(guó)YPT專注于SiC Diode和SiC MOSFET，是韓國(guó)第一家商業(yè)化SiC公司。可以提供4英寸SiC代工服務(wù)，月產(chǎn)能1500片。

SiC材料之殤

SiC器件成本高的一大原因就是SiC襯底貴，目前，襯底成本大約是加工晶片的50%，外延片是25%，器件晶圓生產(chǎn)環(huán)節(jié)20%，封裝測(cè)試環(huán)節(jié)5%。SiC襯底不止貴，生產(chǎn)工藝還復(fù)雜，與硅相比，碳化硅很難處理、研磨和鋸切，挑戰(zhàn)非常大。所以大多數(shù)企業(yè)都是從Cree、Rohm等供應(yīng)商購(gòu)買襯底。

SiC器件廣泛用于光伏逆變器、工業(yè)電源和充電樁市場(chǎng)，再加上特斯拉等新能源汽車廠開(kāi)始陸續(xù)導(dǎo)入SiC器件，導(dǎo)致SiC器件用量激增，也直接拉到SiC襯底和外延片需求量增漲。目前SiC材料產(chǎn)能十分緊缺，能否穩(wěn)定供貨是碳化硅功率產(chǎn)品很重要的產(chǎn)品屬性。

目前Cree是全球最大的SiC襯底和外延片供應(yīng)商，約占全球一半產(chǎn)能；羅姆（Rohm）、高意（II-VI）分列二、三位，合計(jì)占有全球35%的產(chǎn)能。高意（II-VI）計(jì)劃將6英寸碳化硅材料的產(chǎn)能擴(kuò)大5-10倍，同時(shí)擴(kuò)大差異化8英寸材料技術(shù)批量生產(chǎn)；日本昭和電工（SDK）SiC襯底和外延片月產(chǎn)能2018年從3000片提高到2020年的月產(chǎn)能9000片的規(guī)模。

但同時(shí)Cree、Rohm、II-VI又是器件供應(yīng)商，與眾多客戶構(gòu)成了直接競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，且能夠通過(guò)SiC襯底和外延片的銷售情況，獲取客戶的產(chǎn)品研發(fā)節(jié)奏、產(chǎn)能安排等核心商業(yè)信息，在市場(chǎng)爆發(fā)后，會(huì)讓客戶很受傷。

但由于碳化硅產(chǎn)業(yè)的封閉性帶來(lái)的供應(yīng)鏈壁壘一時(shí)無(wú)解。由于長(zhǎng)晶和工藝經(jīng)驗(yàn)的高度相關(guān)，Cree、Rohm、II-V等主流材料廠商的長(zhǎng)晶爐都自行設(shè)計(jì)，牢牢掌控核心長(zhǎng)晶環(huán)節(jié)的上游設(shè)備資源。新進(jìn)入者需要同時(shí)解決工藝和設(shè)備的問(wèn)題，難度不小。所幸的是，

2020年和2021年的缺芯之痛，讓下游客戶特別是汽車客戶對(duì)上游器件廠商的穩(wěn)定供貨能力會(huì)更加關(guān)注，將對(duì)IDM器件廠商會(huì)有更強(qiáng)的偏移。于是主流器件廠商紛紛找上上游材料廠商，或并購(gòu)，或簽署長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議。

中國(guó)進(jìn)軍SiC勝算幾何

目前，在以SiC和GaN為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料研究和部署方面，美、日、歐仍處于世界領(lǐng)先地位。由于其未來(lái)戰(zhàn)略意義，我國(guó)對(duì)于寬禁帶半導(dǎo)體材料器件研發(fā)正進(jìn)行針對(duì)性規(guī)劃和布局，其中“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃中也將其作為重點(diǎn)突破方向?！吨腥A人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中特別指明集成電路攻關(guān)方向：集成電路設(shè)計(jì)工具、重點(diǎn)裝備和高純靶材等關(guān)鍵材料研發(fā)，集成電路先進(jìn)工藝和IGBT、MEMS等特色工藝突破，先進(jìn)存儲(chǔ)技術(shù)升級(jí)，碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展。同時(shí)很多省市也提出要大力發(fā)展寬禁帶半導(dǎo)體。

首先在關(guān)鍵裝備方面取得突破。中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所牽頭的課題組成功研制出適用于4-6英寸SiC材料及器件制造的高溫高能離子注入機(jī)（爍科中科信）、單晶生長(zhǎng)爐、外延生長(zhǎng)爐等關(guān)鍵裝備，并實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用。

第二在襯底和外延片方面取得突破。中電科材料、天科合達(dá)、山東天岳、河北同光晶體、世紀(jì)金光等廠商4英寸SiC襯底已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大批量產(chǎn)；6英寸襯底進(jìn)入初步工程化準(zhǔn)備和小批量產(chǎn)的階段；8英寸襯底研發(fā)也取得了突破，2020年中電科半導(dǎo)體旗下山西爍科宣布8英寸碳化硅襯底片研發(fā)成功，即將進(jìn)入工程化。中電科材料、瀚天天成、東莞天域等也在SiC外延片取得了更多我進(jìn)展。

第三在器件和模塊方面，中車時(shí)代、華潤(rùn)微電子、中電科55所、中電科13所、蘇州能訊、上海瞻芯、瑞能半導(dǎo)體、三安集成、嘉興斯達(dá)、揚(yáng)杰科技、捷捷微電都取得不俗的成績(jī)。中車時(shí)代6英寸SiC SBD、PiN、MOSFET得到了廣泛應(yīng)用；高壓器件國(guó)產(chǎn)化方面，2020年華潤(rùn)微發(fā)布了第一代SiC工業(yè)級(jí)肖特基二極管（1200V、650V）系列產(chǎn)品。

雖然說(shuō)寬禁帶半導(dǎo)體器件已經(jīng)發(fā)展了幾十年，但是產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，對(duì)誰(shuí)來(lái)說(shuō)機(jī)會(huì)都是均等的。

希望各地方政府和投資方踏踏實(shí)實(shí)、靜下心來(lái)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，不要想著撈一把就走。2020年至今，國(guó)內(nèi)宣布的寬禁帶半導(dǎo)體項(xiàng)目超過(guò)100個(gè)，涉及襯底、外延、器件和模塊等全產(chǎn)鏈，計(jì)劃投資總額超過(guò)2000億元。

但現(xiàn)在投資方都喜歡把寬禁帶半導(dǎo)體稱為第三代半導(dǎo)體，向地方政府鼓吹彎道超車。在“第三代”半導(dǎo)體還沒(méi)有成熟的今天，有人又在宣布要搞“第四代半”導(dǎo)體，并宣稱第四代半導(dǎo)體在2023年要實(shí)現(xiàn)大爆發(fā)。