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2021年、国内炭化ケイ素市場への攻撃開始！
2022-03-17
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半導体産業は「材料の世代、技術の世代、産業の世代」として知られています。第一世代はシリコン、第二世代はガリウムヒ素、そして今日私たちが学ぶのは第三世代の半導体産業チェーンです。
窒化ガリウム（GaN）と炭化ケイ素（SiC）は、第三世代半導体の二大巨頭と呼ばれています。本稿では、炭化ケイ素（SiC）に焦点を当てます。
今日、シリコン材料が理論的な性能限界に近づいている中で、SiCパワーデバイスは常に「理想的なデバイス」とみなされ、その高い耐電圧、低損失、高効率などの特性から大きな期待が寄せられている。
5G、新エネルギー車、太陽光発電、航空宇宙といった戦略的な新興産業の急速な発展に伴い、産業チェーンの上流および下流の企業がこぞって市場参入を試みている。巨大な潜在的市場需要の成長、活況な投資環境、そして政策支援により、我が国のSIC産業は基本的なレイアウトを完了しました。。
応用分野の観点から見ると、SiCデバイスの最大の応用市場は新エネルギー車であり、全体の50%以上を占めている。将来的には、中国が最大のSiC市場となるだろう。
第1世代および第2世代の半導体材料の製造プロセスが徐々に物理的な限界に近づくにつれ、従来の半導体技術のボトルネックを打破すると期待される第3世代の半導体材料が、業界発展の寵児となっている。
実際、中国で半導体材料が「世代」に分けられている理由は、半導体材料の大規模な応用後に起こった3つの産業革命に起因する部分が大きい。
第一世代の半導体材料はシリコン（Si）に代表され、かさばる電子管に取って代わり、集積回路を中核とするマイクロエレクトロニクス産業の急速な発展を促進した。
第二世代半導体材料は主にガリウムヒ素（GaAs）、インジウムアンチモン（InSb）などである。リン化インジウム半導体レーザーは光通信システムの主要構成要素であり、ガリウムヒ素高速デバイスは光ファイバーや移動体通信といった新たな産業を切り開いた。
炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）に代表される第三世代半導体材料は、新エネルギー、太陽光発電、電気自動車などの産業の発展を効果的に促進している。
半導体材料の3つの重要なパラメータから判断すると、第3世代半導体材料は、電子移動度（低電圧条件下での高周波動作性能）、飽和ドリフト率（高電圧条件下での高周波動作性能）、およびバンドギャップ幅（デバイスの耐電圧性能、最大動作温度、および光学性能）の3つの指標において、シリコン材料デバイスよりも優れている。
中でも最も注目すべきは、第三世代半導体の「ワイドバンドギャップ（WBG）」である。バンドギャップが大きいことの利点は、デバイスが高電圧・高温に強く、高出力、耐放射線性、高導電性、高速動作、低動作損失といった特性を備えていることである。
国別に見ると、中国は世界最大の新エネルギー車市場であり、販売台数は他のどの国をもはるかに上回り、世界シェアの40％以上を占めている。応用分野の観点から見ると、SiCデバイスの最大の応用市場は新エネルギー車であり、全体の50%以上を占めている。将来的には、中国が最大のSiC市場となるだろう。
IHSのデータによると、SiC（炭化ケイ素）市場全体の規模は今年5,000万米ドルに達し、2028年までに1億6,000万米ドルにまで拡大する見込みです。中でも、電気自動車充電市場におけるSiCの今後数年間の年平均成長率は59%と高く、太陽光発電およびエネルギー貯蔵市場におけるSiCの年平均成長率も26%、電源供給分野における成長率も16%と、市場全体の年平均成長率は16%と予測されています。
政府はベンチャーキャピタルの役割を担い、多数のSiCプロジェクトへの投資と建設に参加している。
ほとんどのSiCプロジェクトは、地方自治体と企業が共同で投資・建設を行っている。地方自治体は比較的多くの資金を投資し、より多くのリスクを負っている。
中国の主要都市や二級都市に集中している従来のシリコン関連プロジェクトとは異なり、炭化ケイ素（SiC）関連プロジェクトは中国全土に分散している。
Siベースのプロジェクトと比較すると、SiCプロジェクトへの総投資額は比較的少なく、多くの中小都市の政府は都市イメージの向上と半導体産業の誘致拡大に意欲的である。
地方自治体が特に関与しているSiCプロジェクトの概要
資本の熱意が高まり、SiC産業には多額の資金が流入している。
中央政府および地方政府は、SiC産業の発展を促進するための一連の政策を公布した。
さらに、「中国製造2025」では、5G通信の国産化率と効率的なエネルギー管理に関する具体的な目標も掲げられています。この目標では、先端半導体材料の国産化率を2025年までに50%に引き上げることを求めています。こうした有利な政策は、SiC市場のさらなる発展と成長に大きく貢献するでしょう。
2021年ミュンヘン・エレクトロニクス・ショーに出展した魯景半導体では、テレビ番組「クオリティ」の取材班が、同社の徐文輝総経理に「中国製造2025」における第三世代半導体の開発についてインタビューを行った。炭化ケイ素パワーデバイスの応用は今後3～5年で広く普及し、一部の分野ではシリコンベースの製品を完全に置き換える可能性もある。
海外市場と比較すると、我が国はSiC材料およびデバイスの研究開発を比較的遅れて開始しました。しかし、様々な要因に後押しされ、中国のSiC産業チェーンは基本的な構築を完了し、一定の成果を上げ、海外の先進技術との差を徐々に縮めています。各段階で、複数のリーディングカンパニーが台頭しています。
技術指標と国際的なメーカーの間には明らかな乖離があり、製品の一貫性の欠如は克服が難しい欠点となっている。
国内基板における技術格差と品質のばらつきの問題は、おおまかに以下の2つのカテゴリーに分類できる。
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材料のマッチング、装置の精度、熱場制御といった技術的な側面には、長期間にわたるノウハウの蓄積が必要となる。国内メーカーは比較的出遅れ、投資も少なかったため、海外の大手メーカーとの間に明確な差が生じている。
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国内メーカーは顧客数が少なく分散しており、フィードバックのスピードが遅く、フィードバックの内容も不十分です。一方、CREEの製品ラインは基板、エピタキシャル成長、デバイス、さらにはモジュールまで網羅しており、バックエンドからのフィードバックは十分かつタイムリーです。
技術的なギャップは、基板の全体的な性能低下と、より高い要求水準が求められる生産ラインでの使用不能に直接つながる。
一貫性の問題とは、高品質な基材の割合が低いことを意味し、それが直接的に基材コストの大幅な増加につながる。
主に上記の2点が原因で、国内産の基材は現在、主流のサプライチェーンに参入できていない。
技術的な障壁は低く、全体的な技術水準は外国とそれほど変わらない。
エピタキシャル成長技術は比較的単純で、主な工程は元のSiC基板上に単結晶の新しい層を成長させることです。これは、産業チェーン全体の中で付加価値が低く、技術的な敷居も低い段階と言えます。
エピタキシャル成長プロセスは、成熟した装置に依存している（現在、業界の主流装置はAixtron社などが提供するCVD装置である）。蒸着プロセスは流量計によって厳密に制御される。業界および装置メーカーは、比較的成熟した技術を有している。
国内メーカーの韓天天を例にとると、その技術レベルは、国際的なエクステンションメーカーとして名高い日本の昭和電工とそれほど大きな差はない。調査結果によると、韓天天と昭和電工は世界中の複数の市場で競合している。
技術指標と海外メーカーの間には明らかなギャップが存在する。製品の一貫性の欠如は克服が難しい課題であり、国内の基材が主流のサプライチェーンに参入するのは依然として困難である。
デザイン：SiCデバイスの設計は比較的単純であり、海外との差は比較的小さい。
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SiC SBDデバイスの設計には特許上の障壁はありません。国内の大手企業は第6世代SiC SBDの研究開発を開始しており、海外との差は比較的小さいです。
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SiC MOSFETデバイスに関しては、多くの国内企業が研究開発を完了したと主張しているものの、まだ量産には至っていない。同時に、最新の第4世代トレンチSiC MOSFETの特許は海外企業が保有しており、将来的に特許問題が発生する可能性もある。
製造：SiCデバイス製造と海外の間には明確なギャップが存在する。
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SiC SBDデバイスの製造ラインのほとんどは、まだ稼働開始段階にあります。生産能力の増強などの段階を経る必要があり、大規模かつ安定した量産体制にはまだ一定の距離があります。
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現在、国内のSiC MOSFETデバイス製造プラットフォームはすべて建設段階にあり、一部企業の生産ラインもまだ計画段階にあるため、正式な量産開始までにはまだ長い道のりがある。
市場競争は激しく、国内産業全体の成熟度は依然として低い。
SICモジュール分野における国内企業の現状の競争状況：
国内の多くの新エネルギー車メーカーは、自社のニーズを満たし、サプライチェーンの上流から下流までをカバーするために、大胆なレイアウト変更を行い、独自のSiCモジュール生産ラインを構築している。同時に、一部の従来型モジュールメーカーも、Si系モジュールの経験を活かし、研究開発の進捗を加速させるべく、SiCモジュールの研究開発を横断的に進めている。
しかし、国内新エネルギー車メーカーのモジュール生産ラインの建設は2019/20年に始まったものがほとんどで、本格稼働には少なくとも22年かかる見込みだ。中国の新興モジュールメーカーのほとんどは小規模で、まだ大規模な量産体制には至っていない。国内産業の成熟度は依然として低い。
国内メーカー間の競争に加え、SIC分野における真の競争圧力は依然として海外の大手企業から来ている。現在、インフィニオン、ST、ロームなどの主要国際メーカーの600～1700VシリコンカーバイドSBDおよびMOSFETは量産化されている。国内のシリコンカーバイドメーカーは現在、主にダイオード製品を発売している。MOSFETメーカーで量産しているのはごく少数であり、まだブレークスルーの余地がある。生産ラインに関しては、クリー、インフィニオンなどが8インチラインのレイアウトを開始している一方、国内メーカーはまだ6インチラインへの移行段階にある。クリーだけで基板市場の約40%を占めている。
今後長きにわたり、国内のSiC産業チェーン企業にとっての攻勢の道筋は明確であり続けるだろう。まだまだ道のりは長い！しかし幸いなことに、SiCは5G、新エネルギー車、太陽光発電など様々な分野で非常に優れた性能を発揮してきた。市場規模は十分に大きく、国内代替品への需要も継続しているため、国内企業は依然として競争力を維持できるだろう！
山東天岳、天科和達、中科省エネ、通光水晶
ハン・ティエン・ティエン・チェン、東莞天宇
Sanan Integration、タイコ・ティアンルン、ザンシン・エレクトロニクス、ベーシック・セミコンダクター、済南路京半導体待ってください。
免責事項：この記事は「陸景新城」からの転載です。この記事は著者の個人的な見解のみを表しており、サッコマイクロおよび業界の見解を表すものではありません。転載および共有のみを目的としており、知的財産権の保護を支持しています。転載の際は、元の出典と著者を明記してください。著作権侵害がある場合は、削除いたしますのでご連絡ください。
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