發(fā)布時間：2019/9/25 17:12:54
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2019-08-27 來源：IT商業(yè)價值
今年的碳化硅（SiC）概念頗為火熱。
華為自涉足創(chuàng)新投資以來，投資風(fēng)向便備受市場關(guān)注。2019年4月23日，華為成立哈勃科技投資有限公司。短短半年不到的時間里，哈勃投資已經(jīng)投資兩家半導(dǎo)體相關(guān)公司，碳化硅相關(guān)的山東天岳先進材料科技有限公司，電源管理芯片設(shè)計的杰華特微電子（杭州）有限公司。
大企業(yè)的一些重大措施往往是行業(yè)的風(fēng)向標(biāo)。
2019年8月23日，華為發(fā)布全球最強算力AI芯片。哈勃科技用投資的方式來進入到芯片生產(chǎn)的上游，也表示華為正圍繞芯片制造打造完整的供應(yīng)能力，在為將來的5G通信、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備甚至是電動汽車產(chǎn)品做準(zhǔn)備。
其實，在《中國制造2025》在電子信息領(lǐng)域的規(guī)劃中，就早已明確提出要大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，其中包括以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件制造成套工藝與裝備。
碳化硅憑借出色的性能優(yōu)勢被眾多應(yīng)用行業(yè)寄予厚望。作為新興的戰(zhàn)略先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，碳化硅正被探索、應(yīng)用到更多的領(lǐng)域，市場正呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。
碳化硅是一種第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導(dǎo)率、更大的電子飽和度以及更高的抗輻射能力，在電動汽車、電源、軍工、航天等領(lǐng)域備受歡迎，為眾多產(chǎn)業(yè)發(fā)展打開了全新的應(yīng)用可能性，被行業(yè)寄予厚望。
5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、大數(shù)據(jù)傳輸、云計算、AI技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等下游新興需求，對網(wǎng)絡(luò)傳輸速度及容量提出了更高要求。硅材料的負載量已達極限，而碳化硅是制造高溫、高頻、大功率半導(dǎo)體器件的理想襯底材料，綜合性能較硅材料可提升上千倍。第三代半導(dǎo)體材料憑借著其優(yōu)異的特性，未來應(yīng)用前景十分廣闊。
碳化硅在大自然也存在，就是罕見的礦物寶石莫桑石。人類1905年第一次在隕石中發(fā)現(xiàn)碳化硅，現(xiàn)在主要來源于人工合成。
器件市場被國外企業(yè)壟斷
從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，碳化硅包括單晶襯底、外延片、器件設(shè)計、器件制造等環(huán)節(jié)，目前全球碳化硅市場基本被國外企業(yè)所壟斷。
在全球市場中，單晶襯底企業(yè)主要有Cree、DowCorning、SiCrystal、II-VI、新日鐵住金、Norstel等，外延片企業(yè)主要有DowCorning、II-VI、Norstel、Cree、羅姆、三菱電機、Infineon等，器件方面，全球大部分市場份額被Infineon、Cree、羅姆、意法半導(dǎo)體等少數(shù)企業(yè)瓜分。
由于碳化硅產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)如芯片性能與材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝之間的關(guān)聯(lián)性較強，不少企業(yè)仍選擇采用IDM模式，如羅姆和Cree均覆蓋了碳化硅襯底、外延片、器件、模組全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，其中Cree占據(jù)襯底市場約40%份額、器件市場約23%份額。
碳化硅器件在國內(nèi)光伏逆變器、車載充電器、充電樁等領(lǐng)域雖已開始應(yīng)用，但國內(nèi)市場上大部分碳化硅功率器件依賴進口，主要為Cree、Infineon、日本羅姆等占有。
1987年成立的美國科銳在碳化硅襯底材料、外延片、器件和模塊領(lǐng)域占據(jù)著絕對領(lǐng)先地位。
前不久，英飛凌宣布以1.39億美元收購初創(chuàng)企業(yè)Siltectra，獲得后者創(chuàng)新技術(shù)ColdSpilt以用于碳化硅晶圓的切割上，進一步加碼碳化硅市場。
X—Fab、日本羅姆等企業(yè)早些時候也相繼宣布將擴大碳化硅產(chǎn)能，碳化硅產(chǎn)業(yè)海外重要玩家已開始備戰(zhàn)。
備受關(guān)注的國內(nèi)企業(yè)
據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，中國約有碳化硅冶煉企業(yè)三百多家，年生產(chǎn)能力近三百萬噸。碳化硅加工制砂微粉生產(chǎn)企業(yè)主要分布在河南、山東、江蘇、吉林、黑龍江等省。中國的碳化硅冶煉生產(chǎn)工藝、技術(shù)裝備和單噸能耗達到世界領(lǐng)先水平，黑、綠碳化硅原塊的質(zhì)量水平也屬世界級。
碳化硅粗料已能大量供應(yīng)，但是技術(shù)含量極高的納米級碳化硅粉體的應(yīng)用短時間不可能形成規(guī)模經(jīng)濟。碳化硅晶片在我國研發(fā)尚屬起步階段，碳化硅晶片在國內(nèi)的應(yīng)用較少，碳化硅材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展缺乏下游應(yīng)用企業(yè)的支撐。
事實上，目前整個碳化硅產(chǎn)業(yè)尚未進入成熟期。國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，與國際水平仍存在差距。在政府政策支持以及市場需求的驅(qū)動下，國內(nèi)已初步形成了涵蓋各環(huán)節(jié)的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈。
隨著碳化硅市場的發(fā)展，國內(nèi)布局碳化硅等第三代半導(dǎo)體的企業(yè)有望受關(guān)注。
單晶襯底領(lǐng)域企業(yè)主要有山東天岳先進材料科技有限公司，北京天科合達半導(dǎo)體股份有限公司，浙江博藍特半導(dǎo)體科技股份有限公司，河北同光晶體有限公司，中科鋼研節(jié)能科技有限公司等。
外延片領(lǐng)域企業(yè)主要有瀚天天成電子科技（廈門）有限公司、東莞市天域半導(dǎo)體科技公司等。
器件模塊IDM領(lǐng)域企業(yè)主要有中國電子科技集團有限公司，株洲中車時代電氣股份有限公司，北京世紀(jì)金光半導(dǎo)體有限公司，泰科天潤半導(dǎo)體科技公司，廈門芯光潤澤科技有限公司，揚州揚杰電子科技股份有限公司，上海瞻芯電子科技有限公司，全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司，深圳基本半導(dǎo)體有限公司等。
作為碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的中游產(chǎn)品，碳化硅外延晶片對整個產(chǎn)業(yè)起著承上啟下的作用。
在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈上，目前福建不僅在中游企業(yè)中占據(jù)絕對優(yōu)勢，還擁有如閩東電機、東南汽車、金龍汽車、科華恒盛、中船重工等碳化硅器件的重要終端用戶群。通過與這些用戶的強強合作，以及終端產(chǎn)品市場的帶動，可以形成材料、器件和應(yīng)用的整個產(chǎn)業(yè)鏈互補式發(fā)展與整體提升。
應(yīng)用市場前景廣泛，行業(yè)跨度大
碳化硅有許多用途，行業(yè)跨度大，可用于單晶硅、多晶硅、砷化鉀、石英晶體等、太陽能光伏產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、壓電晶體產(chǎn)業(yè)工程性加工材料。
光伏領(lǐng)域是目前碳化硅器件最大的應(yīng)用市場。
光伏逆變器對光伏發(fā)電作用非常重要，不僅具有直交流變換功能，還具有最大限度地發(fā)揮太陽電池性能的功能和系統(tǒng)故障保護功能。國內(nèi)逆變器廠家對新技術(shù)和新器件的應(yīng)用還是太少，在光伏逆變器應(yīng)用上或有突破。
新能源汽車是碳化硅功率器件的主要增長點，將會逐漸超過光伏領(lǐng)域。以直流充電樁為例，據(jù)CASA測算，電動汽車充電樁中的碳化硅器件的平均滲透率達到10%，2018年整個直流充電樁SiC電力電子器件的市場規(guī)模約為1.3億，較2017年增加了一倍多。
在微電子領(lǐng)域，碳化硅半導(dǎo)體的優(yōu)勢在1000V以上的中高電壓范圍。1200V以上的碳化硅應(yīng)用領(lǐng)域有新能源汽車，光伏，機車牽引，智能電網(wǎng)等，高鐵機車的牽引電壓在6500V以上，地鐵則一般在3300V左右。
碳化硅半導(dǎo)體的電力電子、微波設(shè)備在軍事、航天上均有大量應(yīng)用。
微波器件領(lǐng)域是整個碳化硅器件應(yīng)用的一個細分市場。微波通訊在軍用領(lǐng)域的一個典型應(yīng)用是相陣控雷達，像美國的F/A-18戰(zhàn)斗機，已經(jīng)裝備了碳化硅襯底外延氮化鎵HEMT(高電子遷移率晶體管)。還有地基導(dǎo)彈系統(tǒng)，像薩德系統(tǒng)中的核心器件就是碳化硅襯底外延氮化鎵的HEMT，美軍已基本全面裝備使用，而我國仍未完全立項。
射頻微波領(lǐng)域?qū)?yīng)于民用就是通訊領(lǐng)域，也是整個碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)應(yīng)用增長的關(guān)鍵領(lǐng)域。2018年6月，首個完整版全球統(tǒng)一5G標(biāo)準(zhǔn)正式出爐。5G的應(yīng)用會大大推動碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化的進程。
基于碳化硅材料的功率半導(dǎo)體適合應(yīng)用于高頻高功率高工作電壓的應(yīng)用場合。例如，光伏儲能和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器領(lǐng)域，已經(jīng)在廣泛使用碳化硅器件，隨著碳化硅MOS的工作電壓的提高，未來高速鐵路、風(fēng)電等領(lǐng)域也是碳化硅的潛在應(yīng)用市場。
在航空領(lǐng)域，碳化硅制作成碳化硅纖維，碳化硅纖維主要用作耐高溫材料和增強材料，耐高溫材料包括熱屏蔽材料、耐高溫輸送帶、過濾高溫氣體或熔融金屬的濾布等。如做成噴氣式飛機的剎車片、發(fā)動機葉片、著陸齒輪箱和機身結(jié)構(gòu)材料等，還可用做體育用品，其短切纖維則可用做高溫爐材等。
其他的應(yīng)用方向像LED產(chǎn)品已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，是非常大的一個應(yīng)用領(lǐng)域，但專利主要被美國的科銳公司所控制。
另外，碳化硅材料具有比硅更好的特性，但并非可以完全取代硅。作為最廣泛的半導(dǎo)體材料，硅仍然具有它的不可替代的應(yīng)用領(lǐng)域。
面向未來的碳化硅
美國總統(tǒng)奧巴馬主導(dǎo)成立第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，歐洲的Smart PM(Smart Powe Management)組織，日本的“首相戰(zhàn)略”等，均瞄準(zhǔn)并投入巨資推動第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的研究與發(fā)展。大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已在國內(nèi)外達成共識。
中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計導(dǎo)電型碳化硅襯底片全球市場規(guī)模將從2017年的4億美元增長到2022年的16億美元，樂觀預(yù)測甚至能達到34億美元。半絕緣型碳化硅襯底片全球市場規(guī)模將從2017年的4億美元增長到2022年的11億美元。
碳化硅存在很多優(yōu)勢，也存在不少問題，制作工藝、環(huán)保、價格在制約進一步發(fā)展。隨著技術(shù)領(lǐng)域的新突破，必然對多個重要領(lǐng)域產(chǎn)生很強的推動作用。
可以這樣講，得碳化硅未必必然得天下，忽視碳化硅肯定沒有天下。（綜合）
來源：IT商業(yè)價值
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