2021 進擊的國產碳化硅市場！

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2022-03-17 08:16:47 12

半導體行業說“一代材料、一代技術、一代產業”

半導體行業，素有“一代材料、一代技術、一代產業”之說。一代是硅，第二代是砷化鎵，而今天我們要研究的，是第三代半導體產業鏈。

氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)，被稱為第三代半導體雙雄，本文我們重點研究碳化硅（SiC）。

在Si材料已經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、光伏發電、航空航天等戰略新興產業迅速發展，產業鏈上下游企業紛紛跑步入場。在巨大的潛在市場需求增長、火熱的投資環境以及政策保障下，我國SIC產業已完成基本布局。

從應用領域來看，新能源汽車是SiC器件最大的應用市場，占比超過50%。未來，中國將成為最大的SiC市場。

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當*代、第二代半導體材料工藝逐漸接近物理極限，有望突破傳統半導體技術瓶頸的第三代半導體材料成為行業發展的寵兒。

事實上，國內之所以將半導體材料以“代”來劃分，多少緣自于隨著半導體材料的大規模應用而來的三次產業革命。

*代半導體材料以硅（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業的迅猛發展。

第二代半導體材料以砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）等為主，磷化銦半導體激光器是光通信系統的關鍵器件，砷化鎵高速器件更開拓了光纖及移動通信新產業。

而以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導體材料則有效推動著新能源、光伏、電力汽車等產業的發展。

從半導體材料的三項重要參數看，第三代半導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、最高工作溫度與光學性能）三項指標上均強于硅材料器件。

其中，最引人注目的是第三代半導體的“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、導電性能強、工作速度快、工作損耗低。

國內SIC產業鏈企業大踏步向前的底氣與良機

市場潛力

我國作為全球最大的新能源汽車市場，隨著特斯拉等品牌開始大量推進SiC解決方案，國內的廠商也快速跟進，以比亞迪為代表的整車廠商開始*布局，推動第三代半導體器件的在汽車領域加速。

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從*來看，中國是全球最大的新能源汽車市場，銷量遠超其他所有*，占據了全球40%以上的份額。從應用領域來看，新能源汽車是SiC器件最大的應用市場，占比超過50%。未來，中國將成為最大的SiC市場。

根據IHS的數據預估，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的年復合增長率也有26%；而在電源部分，這個數字也有16%。整體年復合增長率也高達16%。

政府促進

政府扮演風險投資角色，參與投資建設大量SiC項目。

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SiC項目大多為地方政府與企業合作投資建設，地方政府投入相對更多，也一并承擔了更多的風險。

有別于傳統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，增加半導體產業相關布局。

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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產業。

政策驅動

中央及地方政府頒布了一系列政策推動SiC產業發展。

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*十四五規劃21年公布的細則中

預期會加入重點支持第三代半導體產業發展的描述

另外，在《中國制造2025》中，*對5G通信、高效能源管理中的國產化率也提出了具體目標，目標要求到2025年，要使先進半導體材料的國產化率達到50%。這些利好的政策，對SiC市場的進一步發展壯大助益良多。

魯晶半導體在參加2021年慕尼黑電子展的展會上，電視欄目組《品質》也曾采訪公司總經理徐文匯先生關于《中國制造2025》有關第三代半導體發展的看法，碳化硅功率器件的應用將在未來3-5年大規模應用，在某些領域甚至能*替代硅基產品。

產業鏈完成基本布局

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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產業鏈已完成基本布局，取得了一定的成果，逐步縮小了與國外先進技術的差距，各個環節都涌現出幾家*企業。

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者，國內廠商在該領域的話語權還不大。根據Yole數據顯示，Cree、英飛凌、羅姆約占據了90%的SiC市場份額，Cree是SiC襯底主要供應商，羅姆、意法半導體等則擁有自己的SiC生產線等，其中Cree占據了一半以上的碳化硅晶片市場，這種壟斷優勢使其在產業上游的話語權非常之大。從這個角度看，國內企業要走的路，相較國外現在的位置還有較大差距。

從產業鏈看國內外競爭的差距

襯底

技術指標和國際廠商有明顯差距，產品的一致性問題是難以攻克的短板。

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

國產襯底技術差距和一致性問題產生的原因大致可以歸納為以下兩類：

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

技術差距直接導致襯底綜合性能較差，無法用于要求更高的產線中。

一致性問則表示優質襯底比例較低，直接導致襯底的成本大幅上升。

主要是因為以上兩點影響，國產襯底目前還無法進入主流供應鏈。

外延

技術壁壘較低，技術水平與國外整體差距不大

外延環節技術較為單一，主要過程為在原SiC襯底上生長一層新單晶。是整個產業鏈中附加值和技術門檻較低的環節。

外延環節依賴成熟的設備(目前業界主流設備為Aixtron等公司提供的CVD設備)，氣相沉積流程通過流量計嚴格控制，業界和設備商有相對成熟的技術。

以國內廠商瀚天天成為例，技術水平和國際外延*企業日本昭和電工（Showa Denko）已經相差不大。根據調研反饋，瀚天天成和昭和電工已在全球多個市場展開競爭。

器件

技術指標和國際廠商有明顯差距，產品的一致性問題是難以攻克的短板，國產襯底目前仍難以進入主流供應鏈。

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設計：SiC器件設計相對簡單，與國外差距相對較小

SiC SBD器件設計在專利方面沒有壁壘，國內*企業已開始Gen 6 SiC SBD的研發，與國外差距相對較小。
SiC MOSFET器件方面，國內多家公司宣稱已完成研發，但仍未進入量產狀態。同時，最新的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器件制造產線大多處于剛通線的狀態，還需經歷產能爬坡等階段，離大規模穩定量產還有一定距離。
目前，國內所有SiC MOSFET器件制造平臺仍在搭建中，部分公司的產線仍處于計劃階段，離正式量產還有很長一段距離。

模塊

市場競爭激烈，國內產業整體成熟度仍較低。

SIC模塊國內企業當下的競爭情況：

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

但國內新能源汽車廠商模塊產線的建設大多于19/20年啟動，至少22年才能放量。包括國內新興的模塊廠商大多體量較小，尚未實現大規模量產。國內產業的成熟度依然較低。

除國內廠商之間互相競爭外，在SIC領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均已實現量產，國內碳化硅廠商目前主要推出二極管產品，MOSFET只有極少數廠商量產，還有待突破，產線方面Cree、英飛凌等已開始布局8英寸線，而國內廠商還在往6英寸線過渡。襯底市場僅Cree一家便占據了約40%份額。

未來很長一段時間里，國內SIC產業鏈企業的進擊之路。仍道阻且長！但好在SiC在5G、新能源汽車、光伏等各個領域的表現都*，市場足夠大，且國產替代需求持續，國內企業尚可一拼！

目前國內SiC產業布局情況

SiC襯底

山東天岳、天科合達、中科節能、同光晶體

外延片生產

瀚天天成、東莞天域

SiC器件、模組生產企業

三安集成、泰科天潤、瞻芯電子、基本半導體、濟南魯晶半導體等。

魯晶半導體成立于2010年，十余年來一直專注于硅基半導體二三極管、MOS管的生產、銷售、研發，在業內享有口碑。2016年以來，根據產業發展需求，積極布局第三代半導體器件的研發、封測和應用。著力加大科研投入、培養人才隊伍來構筑全新的技術創新體系。提升企業核心競爭力、充實企業創新發展的后勁，為企業可持續發展提供強有力的技術支撐。

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