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2021年对国内碳化硅市场的攻击！
2022-03-17
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半导体产业被称为“一代材料、一代技术、一代产业”。第一代是硅，第二代是砷化镓，而我们今天要研究的是第三代半导体产业链。
氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）被称为第三代半导体组合。本文将重点讨论碳化硅（SiC）。
如今，硅材料的性能已接近理论极限，而碳化硅功率器件因其耐压高、损耗低、效率高等特点，一直被视为“理想器件”，并备受期待。
随着5G、新能源汽车、光伏发电、航空航天等战略性新兴产业的快速发展，产业链上下游企业纷纷涌入市场。凭借巨大的市场需求增长潜力、良好的投资环境和政策支持，我国SIC产业已完成基本布局。。
从应用领域来看，新能源汽车是碳化硅器件最大的应用市场，占比超过50%。未来，中国将成为最大的碳化硅市场。
随着第一代和第二代半导体材料工艺逐渐接近物理极限，有望突破传统半导体技术瓶颈的第三代半导体材料已成为行业发展的宠儿。
事实上，中国半导体材料之所以被划分为“几代”，部分原因是由于半导体材料的大规模应用之后发生了三次工业革命。
第一代半导体材料以硅（Si）为代表，它取代了笨重的电子管，促进了以集成电路为核心的微电子产业的快速发展。
第二代半导体材料主要有砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）等。磷化铟半导体激光器是光通信系统的关键组件，而砷化镓高速器件开辟了光纤和移动通信产业的新天地。
以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料，有效地促进了新能源、光伏、电动汽车等产业的发展。
从半导体材料的三个重要参数来看，第三代半导体材料在以下三个指标上优于硅材料器件：电子迁移率（低电压条件下的高频工作性能）、饱和漂移率（高电压条件下的高频工作性能）和带隙宽度（器件的耐压性能、最高工作温度和光学性能）。
其中最引人注目的是第三代半导体的“宽带隙（WBG）”技术。高带隙的优势在于器件具有耐高电压、耐高温、高功率、抗辐射、导电性强、工作速度快、工作损耗低等优点。
从国家层面来看，中国是全球最大的新能源汽车市场，销量远远超过其他所有国家，占全球市场份额的40%以上。从应用领域来看，新能源汽车是碳化硅器件最大的应用市场，占比超过50%。未来，中国将成为最大的碳化硅市场。
根据IHS的数据，碳化硅（SiC）市场总额今年将达到50万美元，到2028年将飙升至16亿美元。其中，未来几年，SiC在电动汽车充电市场的复合年增长率高达59%；在光伏和储能市场，复合年增长率也达到26%；在电源供应领域，这一数字也达到了16%。整体复合年增长率同样高达160%。
政府扮演风险投资的角色，参与了大量碳化硅项目的投资和建设。
大多数碳化硅项目都是由地方政府和企业共同投资建设的。地方政府的投资相对较多，承担的风险也更大。
与传统硅基项目集中在中国一二线城市不同，碳化硅项目遍布全国各地。
与硅基项目相比，碳化硅项目的整体投资相对较低，许多中小城市政府都渴望改善城市形象，增加半导体产业布局。
地方政府参与的部分碳化硅项目概述
资本热情高涨，大量资金正涌入碳化硅行业。
中央和地方政府已颁布一系列政策，以促进碳化硅产业的发展。
此外，在“中国制造2025”中，中国还提出了5G通信国产化率和高效能源管理的具体目标。该目标要求到2025年，先进半导体材料的国产化率达到50%。这些利好政策将极大地促进碳化硅市场的进一步发展和增长。
在鲁晶半导体参加2021慕尼黑电子展期间，电视专栏节目“品质”采访了该公司总经理徐文辉先生，谈及“中国制造2025”以及第三代半导体的发展。碳化硅功率器件的应用将在未来3-5年内得到广泛应用，甚至在某些领域可以完全取代硅基产品。
与国外市场相比，我国在碳化硅材料和器件领域的研究起步较晚。在多种因素的推动下，我国碳化硅产业链已基本布局完成并取得一定成果，与国外先进技术的差距正在逐步缩小。各个环节都涌现出了几家领先企业。
技术指标与国际制造商之间存在明显差距，产品一致性是一个难以克服的缺陷。
造成国内基材技术差距和一致性问题的原因大致可以归纳为以下两类：
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材料匹配、设备精度和热场控制等技术方面需要长期积累经验。国内厂商起步较晚，投入也较少，与国外领先厂商之间存在明显差距。
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国内厂商的客户数量较少且较为分散，反馈速度较慢，反馈内容也不完整。科锐的产品线涵盖衬底、外延、器件乃至模块，后端反馈充足且及时。
技术差距直接导致基材整体性能差，无法用于要求更高的生产线。
一致性问题意味着高质量基材的比例较低，这直接导致基材成本大幅增加。
主要由于以上两点原因，国内基材目前无法进入主流供应链。
技术壁垒较低，整体技术水平与国外相差不大。
外延技术相对简单，其主要工艺是在原有的SiC衬底上生长一层新的单晶。它是整个产业链中附加值较低、技术门槛较低的环节。
外延生长工艺依赖于成熟的设备（目前行业主流设备是艾克斯通等公司提供的CVD设备）。气相沉积工艺则由流量计严格控制。行业和设备供应商的技术都相对成熟。
以国内厂商韩天天为例，其技术水平与日本领先的国际延长线公司昭和电工相差无几。据调查反馈，韩天天和昭和电工已在全球多个市场展开竞争。
技术指标与国际厂商之间存在明显差距，产品一致性是难以克服的短板，国内基材进入主流供应链仍然面临诸多挑战。
设计：SiC器件设计相对简单，与国外相比差距较小。
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SiC SBD器件设计不存在专利壁垒。国内领先企业已开始研发第六代SiC SBD，与国外差距相对较小。
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在SiC MOSFET器件方面，许多国内企业声称已完成研发，但尚未进入量产阶段。同时，最新的第四代沟槽SiC MOSFET专利由国外企业持有，未来可能出现专利纠纷。
生产：SiC器件制造与国外之间存在明显的差距。
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大多数SiC SBD器件制造生产线仍处于初期阶段，还需要经历产能爬坡等阶段，距离大规模稳定量产还有一段距离。
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目前，国内所有SiC MOSFET器件制造平台都还在建设中，一些公司的生产线还在规划阶段，距离正式量产还有很长的路要走。
市场竞争激烈，国内产业整体成熟度仍然较低。
目前国内企业在SIC模块领域的竞争形势：
许多国内新能源汽车制造商进行了彻底的布局调整，自建了碳化硅（SiC）组件生产线，以满足自身需求并实现从上到下的全面覆盖。与此同时，一些传统组件制造商也在横向开展碳化硅组件的研发，借鉴硅基组件的经验，加快研发进程。
然而，国内新能源汽车厂商的模块化生产线建设大多始于2019/20年，至少需要22年才能全面投产。目前，国内新兴的模块化厂商规模较小，尚未实现大规模量产，国内产业成熟度仍然较低。
除了国内厂商之间的竞争外，碳化硅（SIC）领域真正的竞争压力仍然来自国外巨头。目前，英飞凌、意法半导体、罗姆等国际主要厂商的600-1700V碳化硅肖特基二极管（SBD）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）已实现量产。国内碳化硅厂商目前主要推出二极管产品，只有少数MOSFET厂商实现量产，仍有很大的突破空间。在生产线方面，科锐、英飞凌等厂商已开始布局8英寸生产线，而国内厂商仍在向6英寸生产线过渡。仅科锐一家就占据了约40%的衬底市场份额。
未来很长一段时间内，国内碳化硅产业链企业的攻坚之路仍将充满挑战，前路漫漫！但幸运的是，碳化硅在5G、新能源汽车、光伏等诸多领域表现出色，市场规模庞大，国内替代需求持续存在，因此国内企业仍具备竞争力！
山东天悦,天科合达、中科节能、通光晶
韩天天成,东莞天宇
三南一体化，泰科天润、展鑫电子、基础半导体，济南鲁晶半导体等待。
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