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Attaque de 2021 contre le marché intérieur du carbure de silicium !
2022-03-17
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L'industrie des semi-conducteurs est connue pour être « une génération de matériaux, une génération de technologies, une génération d'industries ». La première génération était celle du silicium, la deuxième celle de l'arséniure de gallium, et ce que nous allons étudier aujourd'hui, c'est la troisième génération de la chaîne de valeur de l'industrie des semi-conducteurs.
Le nitrure de gallium (GaN) et le carbure de silicium (SiC) forment le duo de semi-conducteurs de troisième génération. Cet article se concentre sur le carbure de silicium (SiC).
Aujourd'hui, alors que le matériau Si approche de sa limite de performance théorique, les dispositifs de puissance en SiC ont toujours été considérés comme des « dispositifs idéaux » et sont très attendus en raison de leur tension de tenue élevée, de leurs faibles pertes, de leur rendement élevé et d'autres caractéristiques.
Avec le développement rapide d'industries émergentes stratégiques telles que la 5G, les véhicules à énergies nouvelles, la production d'énergie photovoltaïque et l'aérospatiale, les entreprises en amont et en aval de la chaîne industrielle se sont précipitées pour entrer sur le marché.Grâce à l'énorme potentiel de croissance de la demande du marché, à un environnement d'investissement favorable et à un soutien politique, l'industrie des industries de services publics de mon pays a achevé sa mise en place de base..
Du point de vue des domaines d'application, les véhicules à énergies nouvelles représentent le principal marché pour les dispositifs SiC, avec plus de 50 %. À l'avenir, la Chine deviendra le premier marché mondial du SiC.
Alors que les procédés de fabrication des matériaux semi-conducteurs de première et deuxième génération approchent progressivement de leurs limites physiques, les matériaux semi-conducteurs de troisième génération, censés permettre de surmonter les obstacles de la technologie semi-conductrice traditionnelle, sont devenus le chouchou du développement industriel.
In fact, the reason why semiconductor materials are divided into "generations" in China is partly due to the three industrial revolutions that followed the large-scale application of semiconductor materials.
La première génération de matériaux semi-conducteurs est représentée par le silicium (Si), qui a remplacé les tubes électroniques encombrants et a favorisé le développement rapide de l'industrie microélectronique avec les circuits intégrés comme noyau.
The second-generation semiconductor materials are mainly gallium arsenide (GaAs), indium antimonide (InSb), etc. Indium phosphide semiconductor lasers are key components of optical communication systems, and gallium arsenide high-speed devices have opened up new optical fiber and mobile communication industries.
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.
À en juger par les trois paramètres importants des matériaux semi-conducteurs, les matériaux semi-conducteurs de troisième génération sont plus performants que les dispositifs en silicium sur trois indicateurs : la mobilité électronique (performances de fonctionnement à haute fréquence sous basse tension), le taux de dérive de saturation (performances de fonctionnement à haute fréquence sous haute tension) et la largeur de bande interdite (performances de tenue en tension, température de fonctionnement maximale et performances optiques du dispositif).
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.
Du point de vue des pays, la Chine est le plus grand marché mondial de véhicules à énergies nouvelles, avec des ventes dépassant largement celles de tous les autres pays et représentant plus de 40 % de la part mondiale.Du point de vue des domaines d'application, les véhicules à énergies nouvelles représentent le principal marché pour les dispositifs SiC, avec plus de 50 %. À l'avenir, la Chine deviendra le premier marché mondial du SiC.
D'après les données d'IHS, le marché total du carbure de silicium (SiC) atteindra 50 millions de dollars américains cette année et s'élèvera à 160 millions de dollars américains d'ici 2028. Le taux de croissance annuel composé (TCAC) du SiC devrait atteindre 59 % dans les prochaines années, celui du photovoltaïque et du stockage d'énergie est de 26 %, et celui des alimentations électriques de 16 %. Le TCAC global est donc de 16 %.
Le gouvernement joue le rôle de capital-risqueur et participe à l'investissement et à la construction d'un grand nombre de projets SiC.
La plupart des projets SiC sont réalisés et financés conjointement par les collectivités locales et les entreprises. Les collectivités locales investissent une part relativement plus importante et supportent davantage de risques.
Contrairement aux projets traditionnels à base de silicium, concentrés dans les villes de premier et deuxième rang en Chine, les projets à base de carbure de silicium sont répartis dans tout le pays.
Comparativement aux projets à base de silicium, l'investissement global dans les projets de carbure de silicium est relativement faible, et de nombreuses petites et moyennes municipalités souhaitent améliorer l'image de leur ville et développer l'industrie des semi-conducteurs.
Résumé de quelques projets SiC auxquels les collectivités locales participent spécifiquement
L'enthousiasme des investisseurs s'accroît et d'importantes sommes d'argent affluent dans l'industrie du SiC.
Les autorités centrales et locales ont promulgué une série de politiques visant à promouvoir le développement de l'industrie du SiC.
Par ailleurs, dans le cadre de son programme « Made in China 2025 », la Chine a également fixé des objectifs précis concernant le taux de localisation des communications 5G et la gestion efficace de l'énergie. L'objectif est que le taux de localisation des matériaux semi-conducteurs avancés atteigne 50 % d'ici 2025. Ces politiques favorables contribueront grandement au développement et à la croissance du marché du carbure de silicium (SiC).
Lors de la participation de Lujing Semiconductor au salon de l'électronique de Munich 2021, l'équipe de chroniqueurs télévisés « Qualité » a interviewé M. Xu Wenhui, directeur général de l'entreprise, au sujet du programme « Made in China 2025 » et du développement des semi-conducteurs de troisième génération. L'utilisation des dispositifs de puissance en carbure de silicium devrait se généraliser dans les 3 à 5 prochaines années et pourrait même remplacer complètement les produits à base de silicium dans certains domaines.
Comparativement aux marchés étrangers, la Chine a entamé ses recherches sur les matériaux et dispositifs en carbure de silicium (SiC) relativement tard. Sous l'impulsion de divers facteurs, la chaîne de valeur chinoise du SiC a désormais atteint ses objectifs initiaux et obtenu des résultats significatifs, réduisant progressivement l'écart avec les technologies étrangères de pointe. Plusieurs entreprises leaders se sont distinguées à chaque étape.
Il existe un décalage évident entre les indicateurs techniques et les fabricants internationaux, et la constance des produits constitue une lacune difficile à surmonter.
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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Les aspects techniques tels que l'adéquation des matériaux, la précision des équipements et la maîtrise du champ thermique nécessitent une longue période d'acquisition de savoir-faire. Les fabricants nationaux ont démarré relativement tard et investi moins, ce qui creuse un écart important avec les principaux fabricants étrangers.
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Domestic manufacturers have fewer and more scattered customers, and their feedback speed is slower and the feedback content is incomplete. CREE's product lines cover substrates, epitaxy, devices and even modules, and back-end feedback is sufficient and timely.
L'écart technologique entraîne directement de mauvaises performances globales du substrat et son incapacité à être utilisé dans des lignes de production aux exigences plus élevées.
Le problème d'homogénéité signifie que la proportion de substrats de haute qualité est faible, ce qui entraîne directement une augmentation significative du coût des substrats.
Mainly because of the above two points, domestic substrates are currently unable to enter the mainstream supply chain.
Les barrières techniques sont faibles et le niveau technique global n'est pas très différent de celui des pays étrangers.
La technologie épitaxiale est relativement simple ; son principe consiste à faire croître une nouvelle couche monocristalline sur le substrat SiC d’origine. Elle représente un maillon à faible valeur ajoutée et à faible seuil technique dans l’ensemble de la chaîne industrielle.
Le procédé épitaxial repose sur des équipements éprouvés (actuellement, les équipements CVD fournis par Aixtron et d'autres entreprises constituent la norme dans le secteur). Le processus de dépôt en phase vapeur est rigoureusement contrôlé par des débitmètres. L'industrie et les fournisseurs d'équipements disposent de technologies relativement matures.
Prenons l'exemple du fabricant chinois Han Tiantian : son niveau technique est comparable à celui du japonais Showa Denko, une entreprise internationale leader dans le domaine des extensions de plafond. D'après les résultats d'enquêtes, Han Tiancheng et Showa Denko sont présents sur de nombreux marchés à travers le monde.
Il existe un écart important entre les indicateurs techniques et les fabricants internationaux. L'homogénéité des produits constitue un point faible difficile à corriger. L'intégration des substrats nationaux dans les circuits de distribution traditionnels demeure complexe.
conception:La conception des dispositifs SiC est relativement simple et l'écart avec les pays étrangers est relativement faible.
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There are no patent barriers to SiC SBD device design. Leading domestic companies have begun the research and development of Gen 6 SiC SBD, and the gap with foreign countries is relatively small.
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Concernant les transistors MOSFET en carbure de silicium (SiC), de nombreuses entreprises chinoises affirment avoir achevé la recherche et le développement, mais n'ont pas encore lancé la production en série. Par ailleurs, le brevet le plus récent pour les transistors MOSFET en carbure de silicium à tranchée de quatrième génération (Gen 4 SiC Trench MOSFET) est détenu par des entreprises étrangères, ce qui pourrait engendrer des problèmes de brevets à l'avenir.
fabrication:Il existe un écart évident entre la fabrication de dispositifs SiC et les pays étrangers
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La plupart des lignes de production de diodes Schottky en carbure de silicium (SiC SBD) sont encore en phase de démarrage. Elles doivent encore franchir des étapes telles que la montée en puissance de leur capacité de production, et il existe encore un certain écart entre la production à grande échelle et la production de masse stable.
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À l'heure actuelle, toutes les plateformes de fabrication de dispositifs MOSFET SiC nationales sont encore en construction, et les lignes de production de certaines entreprises sont encore au stade de la planification ; il reste donc encore un long chemin à parcourir avant une production de masse formelle.
La concurrence sur le marché est féroce et la maturité globale de l'industrie nationale reste faible.
Situation concurrentielle actuelle des entreprises nationales dans les modules SIC :
De nombreux constructeurs chinois de véhicules à énergies nouvelles ont radicalement transformé leurs chaînes de production en construisant leurs propres lignes de fabrication de modules SiC afin de répondre à leurs besoins et de maîtriser l'ensemble de la chaîne. Parallèlement, certains fabricants de modules traditionnels mènent également des activités de recherche et développement sur les modules SiC, s'appuyant sur leur expérience des modules à base de silicium pour accélérer leurs progrès.
Cependant, la plupart des constructions de lignes de production de modules des constructeurs chinois de véhicules à énergies nouvelles ont débuté en 2019/20, et il faudra au moins 22 ans pour atteindre leur pleine capacité. La plupart des nouveaux fabricants de modules en Chine sont de petite taille et n'ont pas encore atteint une production de masse à grande échelle. L'industrie chinoise est encore peu mature.
Outre la concurrence entre les fabricants nationaux, la véritable pression concurrentielle dans le domaine des semi-conducteurs en carbure de silicium (SIC) provient toujours des géants étrangers. Actuellement, les diodes Schottky (SBD) et les transistors MOSFET en carbure de silicium de 600 à 1 700 V des principaux fabricants internationaux tels qu’Infineon, ST et Rohm sont produits en série. Les fabricants nationaux de SIC se concentrent pour l’instant sur le lancement de diodes. Seuls quelques fabricants de MOSFET produisent en masse, et le potentiel de croissance reste important. En termes de lignes de production, Cree, Infineon, etc., ont commencé à déployer des lignes de 8 pouces, tandis que les fabricants nationaux sont encore en phase de transition vers les lignes de 6 pouces. À elle seule, Cree représente environ 40 % du marché des substrats.
L'avenir des entreprises chinoises de la filière SiC reste incertain pour longtemps encore. Le chemin est encore long ! Heureusement, le SiC a démontré d'excellentes performances dans divers domaines tels que la 5G, les véhicules à énergies nouvelles et le photovoltaïque. Le marché est vaste et la demande de solutions de substitution nationales se maintient, ce qui permet aux entreprises chinoises de rester compétitives.
Shandong Tianyue,Tianke Heda, Zhongke Energy Saving, Tongguang Crystal
Han Tian Tian Cheng,Dongguan Tianyu
Intégration de Sanan,Tyco Tianrun, Zhanxin Electronics, Semiconducteur de base,Jinan Lujing Semiconductorattendre.
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