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Angriff auf den heimischen Siliziumkarbidmarkt im Jahr 2021!
2022-03-17
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Die Halbleiterindustrie wird als „eine Generation von Materialien, eine Generation von Technologien, eine Generation von Industrien“ bezeichnet. Die erste Generation war Silizium, die zweite Generation war Galliumarsenid, und was wir heute untersuchen werden, ist die dritte Generation der Halbleiterindustriekette.
Galliumnitrid (GaN) und Siliciumcarbid (SiC) werden als Halbleiterduo der dritten Generation bezeichnet. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf Siliciumcarbid (SiC).
Heutzutage, wo Si-Materialien nahe an der theoretischen Leistungsgrenze liegen, gelten SiC-Leistungsbauelemente aufgrund ihrer hohen Spannungsfestigkeit, geringen Verluste, hohen Effizienz und anderer Eigenschaften seit jeher als „ideale Bauelemente“ und werden mit großer Spannung erwartet.
Angesichts der rasanten Entwicklung strategischer Zukunftsbranchen wie 5G, Elektrofahrzeuge, Photovoltaik und Luft- und Raumfahrt haben Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette den Markt betreten.Dank des enormen Marktpotenzials, des attraktiven Investitionsklimas und der politischen Unterstützung hat die SIC-Industrie meines Landes die grundlegende Strukturierung abgeschlossen..
From the perspective of application fields, new energy vehicles are the largest application market for SiC devices, accounting for more than 50%. In the future, China will become the largest SiC market.
As the first and second generation semiconductor material processes gradually approach the physical limits, the third generation semiconductor material, which is expected to break through the bottleneck of traditional semiconductor technology, has become the darling of industry development.
Tatsächlich liegt der Grund dafür, dass Halbleitermaterialien in China in „Generationen“ unterteilt werden, teilweise in den drei industriellen Revolutionen, die auf die großflächige Anwendung von Halbleitermaterialien folgten.
Die erste Generation von Halbleitermaterialien wird durch Silizium (Si) repräsentiert, das die sperrigen Elektronenröhren ersetzte und die rasante Entwicklung der Mikroelektronikindustrie mit integrierten Schaltkreisen als Kernstück förderte.
Bei den Halbleitermaterialien der zweiten Generation handelt es sich hauptsächlich um Galliumarsenid (GaAs), Indiumantimonid (InSb) usw. Indiumphosphid-Halbleiterlaser sind Schlüsselkomponenten optischer Kommunikationssysteme, und Galliumarsenid-Hochgeschwindigkeitsbauelemente haben neue Branchen für Glasfasertechnik und Mobilkommunikation eröffnet.
The third generation semiconductor materials represented by silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) are effectively promoting the development of new energy, photovoltaics, electric vehicles and other industries.
Gemessen an den drei wichtigen Parametern von Halbleitermaterialien sind Halbleitermaterialien der dritten Generation in drei Punkten besser als Siliziummaterialbauelemente: Elektronenbeweglichkeit (Hochfrequenz-Betriebseigenschaften bei niedrigen Spannungen), Sättigungsdriftgeschwindigkeit (Hochfrequenz-Betriebseigenschaften bei hohen Spannungen) und Bandlückenbreite (Spannungsfestigkeit, maximale Betriebstemperatur und optische Leistung des Bauelements).
Among them, the most eye-catching is the "WideBand-Gap (WBG)" of the third-generation semiconductor. The advantage of a high band gap is that the device is resistant to high voltage and high temperature, has high power, radiation resistance, strong conductivity, fast working speed, and low working loss.
From a country perspective, China is the world's largest new energy vehicle market, with sales far exceeding all other countries and accounting for more than 40% of the global share.From the perspective of application fields, new energy vehicles are the largest application market for SiC devices, accounting for more than 50%. In the future, China will become the largest SiC market.
Laut IHS-Daten wird der Gesamtmarkt für Siliziumkarbid (SiC) in diesem Jahr 50 Millionen US-Dollar erreichen und bis 2028 auf 160 Millionen US-Dollar ansteigen. Im Bereich der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge wird für SiC in den nächsten Jahren eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 59 % erwartet; im Bereich Photovoltaik und Energiespeicherung liegt diese bei 26 %; und im Bereich der Stromversorgung bei 16 %. Die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate beträgt insgesamt ebenfalls 16 %.
The government plays the role of venture capital and participates in the investment and construction of a large number of SiC projects.
Die meisten SiC-Projekte werden von lokalen Regierungen und Unternehmen gemeinsam finanziert und realisiert. Die lokalen Regierungen investieren im Verhältnis mehr und tragen auch ein höheres Risiko.
Im Gegensatz zu traditionellen Si-basierten Projekten, die sich in China auf Städte der ersten und zweiten Kategorie konzentrieren, sind SiC-Projekte über das ganze Land verteilt.
Im Vergleich zu Projekten auf Siliziumbasis sind die Gesamtinvestitionen in SiC-Projekte relativ gering, und viele kleine und mittelgroße Stadtverwaltungen sind bestrebt, das Image der Stadt zu verbessern und die Ansiedlung der Halbleiterindustrie zu fördern.
Zusammenfassung einiger SiC-Projekte, an denen lokale Regierungen speziell beteiligt sind
Die Begeisterung der Kapitalgeber steigt, und große Geldsummen fließen in die SiC-Industrie.
Die Zentral- und Lokalregierungen haben eine Reihe von Maßnahmen zur Förderung der Entwicklung der SiC-Industrie erlassen.
Darüber hinaus hat China im Rahmen der Initiative „Made in China 2025“ konkrete Ziele für den Lokalisierungsgrad der 5G-Kommunikation und ein effizientes Energiemanagement formuliert. Ziel ist es, bis 2025 einen Lokalisierungsgrad von 50 % bei fortschrittlichen Halbleitermaterialien zu erreichen. Diese förderlichen Maßnahmen werden die weitere Entwicklung und das Wachstum des SiC-Marktes maßgeblich unterstützen.
At Lujing Semiconductor's participation in the 2021 Munich Electronics Show, the TV column group "Quality" also interviewed the company's general manager Mr. Xu Wenhui about "Made in China 2025" regarding the development of third-generation semiconductors. The application of silicon carbide power devices will be widely used in the next 3-5 years, and can even completely replace silicon-based products in some fields.
Im Vergleich zu ausländischen Märkten begann mein Land relativ spät mit der Forschung an SiC-Materialien und -Bauelementen. Aufgrund verschiedener Faktoren hat Chinas SiC-Industriekette jedoch den Grundstein gelegt und erste Erfolge erzielt, wodurch der Abstand zu ausländischen Spitzentechnologien schrittweise verringert wurde. In jedem Bereich haben sich mehrere führende Unternehmen etabliert.
Es besteht eine deutliche Diskrepanz zwischen den technischen Indikatoren und den internationalen Herstellern, und die Produktkonsistenz ist ein Mangel, der schwer zu beheben ist.
The reasons for the technology gap and consistency problems of domestic substrates can be roughly summarized into the following two categories:
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Technical aspects such as material matching, equipment accuracy and thermal field control require a long period of know-how accumulation. Domestic manufacturers started relatively late and invested less, leaving a clear gap with leading foreign manufacturers.
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Inländische Hersteller haben weniger und verstreutere Kunden, ihr Feedback ist langsamer und unvollständiger. Das Produktsortiment von CREE umfasst Substrate, Epitaxie, Bauelemente und sogar Module, und das Feedback aus der Produktion ist umfassend und zeitnah.
The technological gap directly leads to poor overall performance of the substrate and its inability to be used in production lines with higher requirements.
The consistency problem means that the proportion of high-quality substrates is low, which directly leads to a significant increase in the cost of the substrates.
Vor allem aufgrund der beiden oben genannten Punkte können heimische Substrate derzeit nicht in die gängige Lieferkette Einzug halten.
Die technischen Hürden sind niedrig, und das allgemeine technische Niveau unterscheidet sich nicht wesentlich von dem anderer Länder.
Die Epitaxietechnologie ist relativ einfach; im Wesentlichen wird dabei eine neue Einkristallschicht auf dem ursprünglichen SiC-Substrat aufgebracht. Sie stellt ein Glied in der gesamten industriellen Wertschöpfungskette mit geringerer Wertschöpfung und niedrigeren technischen Anforderungen dar.
Das Epitaxieverfahren basiert auf ausgereiften Anlagen (derzeit sind CVD-Anlagen von Aixtron und anderen Herstellern branchenweit am weitesten verbreitet). Der Dampfabscheidungsprozess wird durch Durchflussmesser präzise gesteuert. Die Branche und die Anlagenhersteller verfügen über relativ ausgereifte Technologien.
Am Beispiel des einheimischen Herstellers Han Tiantian lässt sich zeigen, dass sich das technische Niveau kaum von dem des japanischen Unternehmens Showa Denko, einem führenden internationalen Anbieter von Erweiterungssystemen, unterscheidet. Laut Umfrageergebnissen konkurrieren Han Tiantian und Showa Denko auf zahlreichen Märkten weltweit.
Es besteht eine deutliche Diskrepanz zwischen den technischen Indikatoren und den internationalen Herstellern. Die mangelnde Produktkonsistenz stellt ein schwer zu behebendes Defizit dar. Für heimische Substrate ist es nach wie vor schwierig, in die gängigen Lieferketten integriert zu werden.
Design:Das Design von SiC-Bauelementen ist relativ einfach, und die Diskrepanz zu anderen Ländern ist relativ gering.
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Für das Design von SiC-SBD-Bauelementen bestehen keine Patentbarrieren. Führende inländische Unternehmen haben mit der Forschung und Entwicklung von SiC-SBDs der 6. Generation begonnen, und der Abstand zu anderen Ländern ist relativ gering.
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Im Bereich der SiC-MOSFET-Bauelemente geben viele inländische Unternehmen an, die Forschung und Entwicklung abgeschlossen zu haben, sind aber noch nicht in die Massenproduktion eingestiegen. Gleichzeitig befindet sich das neueste Patent für den SiC-MOSFET der vierten Generation (Gen 4 Trench) in den Händen ausländischer Unternehmen, was zukünftig zu Patentstreitigkeiten führen könnte.
Herstellung:There is a clear gap between SiC device manufacturing and foreign countries
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Most of the SiC SBD device manufacturing production lines are in a state of just opening up. They still need to go through stages such as production capacity ramping, and there is still a certain distance between large-scale and stable mass production.
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At present, all domestic SiC MOSFET device manufacturing platforms are still under construction, and the production lines of some companies are still in the planning stage, and there is still a long way to go before formal mass production.
Market competition is fierce, and the overall maturity of the domestic industry is still low.
Die aktuelle Wettbewerbssituation der inländischen Unternehmen in den SIC-Modulen:
Viele inländische Hersteller von Elektrofahrzeugen haben ihre Produktionsanlagen grundlegend umstrukturiert und eigene SiC-Modulfertigungslinien aufgebaut, um ihren Bedarf entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu decken. Gleichzeitig betreiben einige traditionelle Modulhersteller ebenfalls horizontale Forschung und Entwicklung im Bereich SiC-Module und nutzen dabei ihre Erfahrung mit Si-basierten Modulen, um den Forschungs- und Entwicklungsfortschritt zu beschleunigen.
However, most of the construction of module production lines of domestic new energy vehicle manufacturers started in 2019/20, and it will take at least 22 years to ramp up. Most of the emerging module manufacturers in China are small and have not yet achieved large-scale mass production. The maturity of domestic industry is still low.
Neben dem Wettbewerb unter inländischen Herstellern geht der größte Wettbewerbsdruck im SIC-Bereich weiterhin von ausländischen Branchenriesen aus. Siliziumkarbid-SBDs und MOSFETs für 600–1700 V von führenden internationalen Herstellern wie Infineon, ST und Rohm haben die Serienproduktion bereits erreicht. Inländische Siliziumkarbidhersteller konzentrieren sich aktuell hauptsächlich auf Diodenprodukte. Nur wenige MOSFET-Hersteller produzieren in Serie, und es besteht noch Potenzial für bahnbrechende Innovationen. Im Hinblick auf die Produktionslinien haben Cree, Infineon usw. bereits 8-Zoll-Linien in Betrieb genommen, während inländische Hersteller noch auf 6-Zoll-Linien umstellen. Allein Cree hält einen Marktanteil von rund 40 % am Substratmarkt.
Für heimische Unternehmen der SiC-Industriekette wird der Weg zum Erfolg noch lange offen bleiben. Es ist noch ein langer Weg! Doch glücklicherweise hat sich SiC in verschiedenen Bereichen wie 5G, Elektrofahrzeugen und Photovoltaik hervorragend bewährt. Der Markt ist groß genug, und die Nachfrage nach heimischen Alternativen hält an, sodass heimische Unternehmen weiterhin wettbewerbsfähig sein können!
Shandong Tianyue,Tianke Heda, Zhongke Energy Saving, Tongguang Crystal
Han Tian Tian Cheng,Dongguan Tianyu
Sanan Integration,Tyco Tianrun, Zhanxin Electronics, Basic Semiconductor,Jinan Lujing Semiconductorwarten.
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