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2021年對國內碳化矽市場的攻擊！
2022-03-17
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半導體產業被稱為「一代材料、一代科技、一代產業」。第一代是矽，第二代是砷化鎵，而我們今天要研究的是第三代半導體產業鏈。
氮化鎵（GaN）和碳化矽（SiC）稱為第三代半導體組合。本文將重點放在碳化矽（SiC）。
如今，矽材料的性能已接近理論極限，而碳化矽功率裝置因其耐壓高、損耗低、效率高等特點，一直被視為“理想裝置”，並備受期待。
隨著5G、新能源汽車、光伏發電、航空航太等戰略性新興產業的快速發展，產業鏈上下游企業紛紛湧入市場。憑藉著龐大的市場需求成長潛力、良好的投資環境和政策支持，我國SIC產業已完成基本佈局。。
從應用領域來看，新能源車是碳化矽元件最大的應用市場，佔超過50%。未來，中國將成為最大的碳化矽市場。
隨著第一代和第二代半導體材料製程逐漸接近物理極限，有望突破傳統半導體技術瓶頸的第三代半導體材料已成為產業發展的寵兒。
事實上，中國半導體材料之所以被劃分為“幾代人”，部分原因是由於半導體材料的大規模應用之後發生了三次工業革命。
第一代半導體材料以矽（Si）為代表，它取代了笨重的電子管，促進了以積體電路為核心的微電子產業的快速發展。
第二代半導體材料主要有砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）等。磷化銦半導體雷射是光通訊系統的關鍵組件，而砷化鎵高速元件開闢了光纖和行動通訊產業的新天地。
以碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導體材料，有效促進了新能源、光伏、電動車等產業的發展。
從半導體材料的三個重要參數來看，第三代半導體材料在以下三個指標上優於矽材料元件：電子遷移率（低電壓條件下的高頻工作性能）、飽和漂移率（高電壓條件下的高頻工作性能）和帶隙寬度（元件的耐壓性能、最高工作溫度和光學性能）。
其中最引人注目的是第三代半導體的「寬帶隙（WBG）」技術。高帶隙的優點在於元件具有耐高電壓、耐高溫、高功率、抗輻射、導電性強、工作速度快、工作損耗低等優點。
從國家層級來看，中國是全球最大的新能源汽車市場，銷售量遠超過其他所有國家，佔全球市場份額的40%以上。從應用領域來看，新能源車是碳化矽元件最大的應用市場，佔超過50%。未來，中國將成為最大的碳化矽市場。
根據IHS的數據，碳化矽（SiC）市場總額今年將達到50萬美元，到2028年將飆升至16億美元。其中，未來幾年，SiC在電動車充電市場的複合年增長率高達59%；在光伏和儲能市場，複合年增長率也達到26%；在電源供應領域，這一數字也達到了16%。整體複合年增長率同樣高達160%。
政府扮演創投的角色，參與了大量碳化矽項目的投資和建設。
大多數的碳化矽計畫都是由地方政府和企業共同投資興建。地方政府的投資相對較多，承擔的風險也較大。
與傳統矽基計畫集中在中國一二線城市不同，碳化矽計畫遍布全國各地。
與矽基計畫相比，碳化矽計畫的整體投資相對較低，許多中小城市政府都渴望改善城市形象，增加半導體產業佈局。
地方政府參與的部分碳化矽計畫概述
資本熱情高漲，大量資金正湧入碳化矽產業。
中央和地方政府已頒布一系列政策，以促進碳化矽產業的發展。
此外，在「中國製造2025」中，中國也提出了5G通訊國產化率和高效能能源管理的具體目標。此目標要求在2025年，先進半導體材料的國產化率達到50%。這些利好政策將大大促進碳化矽市場的進一步發展和成長。
在魯晶半導體參加2021慕尼黑電子展期間，電視專欄節目「品質」採訪了該公司總經理徐文輝先生，談及「中國製造2025」以及第三代半導體的發展。碳化矽功率元件的應用將在未來3-5年內廣泛應用，甚至在某些領域可以完全取代矽基產品。
與國外市場相比，我國在碳化矽材料和裝置領域的研究起步較晚。在多種因素的推動下，我國碳化矽產業鏈已基本佈局完成並取得一定成果，與國外先進技術的差距正逐步縮小。各個環節都湧現了幾家領導企業。
技術指標與國際製造商之間存在明顯差距，產品一致性是難以克服的缺陷。
造成國內基材技術差距與一致性問題的原因大致可歸納為以下兩類：
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材料匹配、設備精度和熱場控制等技術方面需要長期累積經驗。國內廠商起步較晚，投入較少，與國外領先廠商有明顯差距。
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國內廠商的客戶數量較少且較為分散，回饋速度較慢，回饋內容也不完整。科銳的產品線涵蓋襯底、外延、裝置乃至模組，後端回饋充足且及時。
技術差距直接導致基材整體性能差，無法用於要求更高的生產線。
一致性問題意味著高品質基材的比例較低，這直接導致基材成本大幅增加。
主要由於以上兩點原因，國內基材目前無法進入主流供應鏈。
技術壁壘較低，整體技術水準與國外相差不大。
外延技術相對簡單，其主要製程是在原有的SiC基板上生長一層新的單晶。它是整個產業鏈中附加價值較低、技術門檻較低的環節。
外延生長過程依賴成熟的設備（目前產業主流設備是艾克斯頓等公司提供的CVD設備）。氣相沉積製程則由流量計嚴格控制。產業和設備供應商的技術都相對成熟。
以國內廠商韓天天為例，其技術水準與日本領先的國際延長線公司昭和電工相差無幾。根據調查回饋，韓天天和昭和電工已在全球多個市場展開競爭。
技術指標與國際廠商之間存在明顯差距，產品一致性是難以克服的短板，國內基材進入主流供應鏈仍面臨許多挑戰。
設計：SiC裝置設計相對簡單，與國外相比差距較小。
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SiC SBD元件設計不存在專利障礙。國內領導廠商已開始研發第六代SiC SBD，與國外差距相對較小。
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在SiC MOSFET元件方面，許多國內企業聲稱已完成研發，但尚未進入量產階段。同時，最新的第四代溝槽SiC MOSFET專利由國外企業持有，未來可能出現專利糾紛。
生產：SiC裝置製造與國外之間存在明顯的差距。
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大多數SiC SBD元件製造生產線仍處於初期階段，還需要經歷產能爬坡等階段，距離大規模穩定量產還有一段距離。
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目前，國內所有SiC MOSFET元件製造平台都還在興建中，有些公司的生產線還在規劃階段，距離正式量產還有很長的路要走。
市場競爭激烈，國內產業整體成熟度仍較低。
目前國內企業在SIC模組領域的競爭情勢：
許多國內新能源汽車製造商進行了徹底的佈局調整，自建了碳化矽（SiC）組件生產線，以滿足自身需求並實現從上到下的全面覆蓋。同時，一些傳統組件製造商也橫向進行碳化矽組件的研發，並借鏡矽基組件的經驗，並加快研發進程。
然而，國內新能源汽車廠商的模組化生產線建設大多始於2019/20年，至少需要22年才能全面投入生產。目前，國內新興的模組化廠商規模較小，尚未實現大規模量產，國內產業成熟度仍較低。
除了國內廠商之間的競爭外，碳化矽（SIC）領域真正的競爭壓力仍來自國外巨頭。目前，英飛凌、意法半導體、羅姆等國際主要廠商的600-1700V碳化矽肖特基二極體（SBD）和金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）已實現量產。國內碳化矽廠商目前主要推出二極體產品，只有少數MOSFET廠商實現量產，仍有很大的突破空間。在生產線方面，科銳、英飛凌等廠商已開始佈置8吋生產線，而國內廠商仍在向6吋生產線過渡。光是科銳就佔據了約40%的襯底市場。
未來很長一段時間內，國內碳化矽產業鏈企業的攻堅之路仍將充滿挑戰，前路漫漫！但幸運的是，碳化矽在5G、新能源汽車、光伏等許多領域表現出色，市場規模龐大，國內替代需求持續存在，因此國內企業仍具備競爭力！
山東天悅,天科合達、中科節能、通光晶
韓天天成,東莞天宇
三南一體化，泰科天潤、展鑫電子、基礎半導體，濟南魯晶半導體等待。
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