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¡Ataque al mercado nacional de carburo de silicio en 2021!
2022-03-17
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La industria de los semiconductores se conoce como "una generación de materiales, una generación de tecnología, una generación de industria". La primera generación fue el silicio, la segunda el arseniuro de galio, y lo que vamos a estudiar hoy es la tercera generación de la cadena de valor de la industria de los semiconductores.
El nitruro de galio (GaN) y el carburo de silicio (SiC) conforman el dúo de semiconductores de tercera generación. En este artículo, nos centramos en el carburo de silicio (SiC).
Actualmente, cuando el material Si se acerca al límite de rendimiento teórico, los dispositivos de potencia de SiC siempre se han considerado "dispositivos ideales" y son muy esperados debido a su alta tensión de resistencia, bajas pérdidas, alta eficiencia y otras características.
Con el rápido desarrollo de industrias estratégicas emergentes como la 5G, los vehículos de nuevas energías, la generación de energía fotovoltaica y la industria aeroespacial, las empresas que se encuentran tanto en la fase inicial como en la final de la cadena de valor se han apresurado a entrar en el mercado.Con el enorme potencial de crecimiento de la demanda del mercado, un entorno de inversión favorable y el apoyo político, la industria SIC de mi país ha completado la estructura básica..
Desde la perspectiva de los campos de aplicación, los vehículos de energías renovables constituyen el mayor mercado para los dispositivos de SiC, representando más del 50%. En el futuro, China se convertirá en el mayor mercado de SiC.
A medida que los procesos de fabricación de materiales semiconductores de primera y segunda generación se acercan gradualmente a sus límites físicos, el material semiconductor de tercera generación, que se espera que supere el cuello de botella de la tecnología de semiconductores tradicional, se ha convertido en el favorito del desarrollo de la industria.
De hecho, la razón por la que los materiales semiconductores se dividen en "generaciones" en China se debe en parte a las tres revoluciones industriales que siguieron a la aplicación a gran escala de dichos materiales.
La primera generación de materiales semiconductores está representada por el silicio (Si), que sustituyó a los voluminosos tubos electrónicos e impulsó el rápido desarrollo de la industria microelectrónica, con los circuitos integrados como elemento central.
Los materiales semiconductores de segunda generación son principalmente arseniuro de galio (GaAs), antimoniuro de indio (InSb), etc. Los láseres semiconductores de fosfuro de indio son componentes clave de los sistemas de comunicación óptica, y los dispositivos de alta velocidad de arseniuro de galio han abierto nuevas industrias de fibra óptica y comunicaciones móviles.
Los materiales semiconductores de tercera generación, representados por el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), están impulsando eficazmente el desarrollo de nuevas energías, la energía fotovoltaica, los vehículos eléctricos y otras industrias.
A juzgar por los tres parámetros importantes de los materiales semiconductores, los materiales semiconductores de tercera generación son más resistentes que los dispositivos de silicio en tres indicadores: movilidad de electrones (rendimiento operativo de alta frecuencia en condiciones de bajo voltaje), tasa de deriva de saturación (rendimiento operativo de alta frecuencia en condiciones de alto voltaje) y ancho de banda prohibida (rendimiento de resistencia al voltaje, temperatura máxima de funcionamiento y rendimiento óptico del dispositivo).
Entre ellos, el más llamativo es el semiconductor de tercera generación con banda prohibida ancha (WBG). La ventaja de una banda prohibida ancha radica en que el dispositivo es resistente a altos voltajes y temperaturas, ofrece alta potencia, resistencia a la radiación, alta conductividad, velocidad de operación rápida y bajas pérdidas de funcionamiento.
Desde la perspectiva de cada país, China es el mayor mercado mundial de vehículos de nueva energía, con ventas que superan con creces las de todos los demás países y que representan más del 40% de la cuota de mercado global.Desde la perspectiva de los campos de aplicación, los vehículos de energías renovables constituyen el mayor mercado para los dispositivos de SiC, representando más del 50%. En el futuro, China se convertirá en el mayor mercado de SiC.
Según datos de IHS, el mercado total de SiC (carburo de silicio) alcanzará los 50 millones de dólares este año y se disparará hasta los 160 millones de dólares en 2028. En concreto, en el mercado de la carga de vehículos eléctricos, la tasa de crecimiento anual compuesta del SiC en los próximos años será del 59%; en el mercado fotovoltaico y de almacenamiento de energía, la tasa de crecimiento anual compuesta del SiC será del 26%; y en el sector de las fuentes de alimentación, esta cifra será del 16%. La tasa de crecimiento anual compuesta global también será del 16%.
El gobierno desempeña el papel de capital de riesgo y participa en la inversión y construcción de un gran número de proyectos de SiC.
La mayoría de los proyectos de SiC son financiados y construidos conjuntamente por gobiernos locales y empresas. Los gobiernos locales invierten relativamente más y asumen mayores riesgos.
A diferencia de los proyectos tradicionales basados en silicio, que se concentran en las ciudades de primer y segundo nivel de China, los proyectos de carburo de silicio están repartidos por todo el país.
En comparación con los proyectos basados en silicio, la inversión total en proyectos de carburo de silicio es relativamente baja, y muchos gobiernos de ciudades pequeñas y medianas están deseosos de mejorar la imagen de la ciudad y aumentar la presencia de la industria de semiconductores.
Resumen de algunos proyectos de SiC en los que participan específicamente los gobiernos locales
El entusiasmo por el capital está en aumento y una gran cantidad de dinero está fluyendo hacia la industria del SiC.
Los gobiernos central y locales han promulgado una serie de políticas para promover el desarrollo de la industria del SiC.
Además, en el plan "Made in China 2025", el país también ha establecido objetivos específicos para la localización de las comunicaciones 5G y la gestión eficiente de la energía. El objetivo exige que la localización de materiales semiconductores avanzados alcance el 50 % para 2025. Estas políticas favorables contribuirán en gran medida al desarrollo y crecimiento del mercado de SiC.
Durante la participación de Lujing Semiconductor en la Feria de Electrónica de Múnich 2021, el programa de televisión "Quality" entrevistó al director general de la compañía, el Sr. Xu Wenhui, sobre el proyecto "Made in China 2025" y el desarrollo de semiconductores de tercera generación. Se prevé que la aplicación de dispositivos de potencia de carburo de silicio se generalice en los próximos 3 a 5 años, e incluso podría reemplazar por completo a los productos basados en silicio en algunos sectores.
En comparación con los mercados extranjeros, mi país comenzó a investigar materiales y dispositivos de SiC relativamente tarde. Impulsada por diversos factores, la cadena de valor de la industria del SiC en China ha completado su estructura básica y ha logrado ciertos resultados, reduciendo gradualmente la brecha con las tecnologías avanzadas extranjeras. Varias empresas líderes han surgido en cada eslabón de la cadena.
Existe una clara brecha entre los indicadores técnicos y los fabricantes internacionales, y la falta de uniformidad en los productos es una deficiencia difícil de superar.
Las razones de la brecha tecnológica y los problemas de consistencia de los sustratos nacionales se pueden resumir a grandes rasgos en las dos categorías siguientes:
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Aspectos técnicos como la selección de materiales, la precisión de los equipos y el control del campo térmico requieren un largo período de acumulación de conocimientos. Los fabricantes nacionales comenzaron relativamente tarde e invirtieron menos, lo que generó una clara brecha con los principales fabricantes extranjeros.
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Los fabricantes nacionales tienen menos clientes y estos están más dispersos, por lo que la velocidad de respuesta es menor y la información que proporcionan es incompleta. Las líneas de productos de CREE abarcan sustratos, epitaxia, dispositivos e incluso módulos, y la retroalimentación posterior a la producción es suficiente y oportuna.
La brecha tecnológica conlleva directamente un rendimiento general deficiente del sustrato y su incapacidad para ser utilizado en líneas de producción con mayores exigencias.
El problema de la consistencia implica que la proporción de sustratos de alta calidad es baja, lo que conlleva directamente un aumento significativo del coste de los sustratos.
Debido principalmente a los dos puntos mencionados anteriormente, los sustratos nacionales actualmente no pueden incorporarse a la cadena de suministro principal.
Las barreras técnicas son bajas y el nivel técnico general no difiere mucho del de otros países.
La tecnología epitaxial es relativamente sencilla, y el proceso principal consiste en el crecimiento de una nueva capa monocristalina sobre el sustrato original de SiC. Representa un eslabón con menor valor añadido y menor umbral técnico dentro de toda la cadena industrial.
El proceso epitaxial se basa en equipos consolidados (actualmente, los equipos más utilizados en la industria son los de CVD, suministrados por Aixtron y otras empresas). El proceso de deposición de vapor se controla rigurosamente mediante caudalímetros. La industria y los proveedores de equipos cuentan con tecnologías relativamente maduras.
Tomando como ejemplo al fabricante nacional Han Tiantian, su nivel técnico no difiere mucho del de la japonesa Showa Denko, una empresa líder internacional en extensiones de techos. Según los resultados de encuestas, Hantian Tiancheng y Showa Denko compiten en diversos mercados alrededor del mundo.
Existe una clara brecha entre los indicadores técnicos y los fabricantes internacionales. La falta de uniformidad en los productos es una deficiencia difícil de superar. Aún resulta complicado para los sustratos nacionales integrarse en la cadena de suministro principal.
diseño:El diseño de dispositivos SiC es relativamente simple y la brecha con otros países es relativamente pequeña.
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No existen barreras de patentes para el diseño de dispositivos SiC SBD. Las principales empresas nacionales han comenzado la investigación y el desarrollo de SiC SBD de sexta generación, y la brecha con otros países es relativamente pequeña.
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En lo que respecta a los dispositivos MOSFET de SiC, muchas empresas nacionales afirman haber completado la investigación y el desarrollo, pero aún no han iniciado la producción en masa. Asimismo, la patente más reciente del MOSFET de SiC de trinchera de cuarta generación está en manos de empresas extranjeras, lo que podría generar problemas de patentes en el futuro.
fabricar:Existe una clara brecha entre la fabricación de dispositivos SiC y los países extranjeros.
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La mayoría de las líneas de producción de dispositivos SiC SBD se encuentran en fase de puesta en marcha. Aún deben pasar por etapas como el aumento gradual de la capacidad de producción, y todavía existe cierta distancia entre la producción a gran escala y la producción en masa estable.
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Actualmente, todas las plataformas nacionales de fabricación de dispositivos SiC MOSFET aún están en construcción, y las líneas de producción de algunas empresas todavía se encuentran en la fase de planificación, por lo que aún queda un largo camino por recorrer antes de que comience la producción en masa formal.
La competencia en el mercado es feroz y el grado de madurez general de la industria nacional aún es bajo.
La situación competitiva actual de las empresas nacionales en los módulos SIC:
Muchos fabricantes nacionales de vehículos de nueva energía han adoptado diseños radicales y han construido sus propias líneas de producción de módulos de SiC para satisfacer sus necesidades y abarcar todo el proceso, desde la producción hasta la distribución. Al mismo tiempo, algunos fabricantes de módulos tradicionales también están llevando a cabo investigación y desarrollo de módulos de SiC de forma transversal, aprovechando la experiencia con los módulos basados en silicio para acelerar el progreso en este campo.
Sin embargo, la mayor parte de la construcción de líneas de producción de módulos de los fabricantes nacionales de vehículos de nueva energía comenzó en 2019/20, y se necesitarán al menos 22 años para alcanzar su plena capacidad. La mayoría de los fabricantes de módulos emergentes en China son pequeños y aún no han logrado la producción en masa a gran escala. La madurez de la industria nacional aún es baja.
Además de la competencia entre fabricantes nacionales, la verdadera presión competitiva en el campo del SIC proviene de gigantes extranjeros. Actualmente, los diodos Schottky (SBD) y los MOSFET de carburo de silicio de 600-1700 V de importantes fabricantes internacionales como Infineon, ST y Rohm ya se producen en masa. Los fabricantes nacionales de carburo de silicio se centran principalmente en el lanzamiento de diodos. Solo un puñado de fabricantes de MOSFET producen en masa, y aún hay margen para avances significativos. En cuanto a las líneas de producción, empresas como Cree e Infineon han comenzado a instalar líneas de 8 pulgadas, mientras que los fabricantes nacionales aún están en transición hacia las de 6 pulgadas. Cree, por sí sola, representa aproximadamente el 40 % del mercado de sustratos.
Durante mucho tiempo, el camino para las empresas nacionales de la cadena de valor del SiC seguirá siendo prometedor. ¡Aún queda mucho por recorrer! Pero, afortunadamente, el SiC ha tenido un desempeño excelente en diversos campos como 5G, vehículos de nueva energía y energía fotovoltaica. El mercado es lo suficientemente grande y la demanda de productos nacionales continúa, por lo que las empresas nacionales aún pueden competir.
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