中國(guó)電子科技集團(tuán)下屬企業(yè)最近宣布，成功研制了碳化硅（SiC）芯片。
最近幾年，中國(guó)千億資金涌入第三代半導(dǎo)體材料，他們希望能夠彎道超車，從巨大的5G、電動(dòng)汽車市場(chǎng)中分得一杯羹。
電動(dòng)汽車?yán)瓌?dòng)碳化硅需求
最近兩年，在汽車電氣化趨勢(shì)下，碳化硅材料正在成為新的風(fēng)口。2016年，特斯拉率先在Model 3上采用意法半導(dǎo)體的24個(gè)碳化硅MOSFET模塊。
隨后，國(guó)外車企如豐田、大眾，國(guó)內(nèi)車企如比亞迪、蔚來(lái)等陸續(xù)宣布將采用碳化硅方案。蔚來(lái)預(yù)計(jì)于今年3月交付的蔚來(lái)ET7車型上，將首次采用SiC功率模塊。借此，ET7可以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的百米加速性能。
未來(lái)幾年，SiC市場(chǎng)將受益于汽車電動(dòng)化、5G基站和數(shù)據(jù)中心建設(shè)。據(jù)全球科技研究機(jī)構(gòu)TrendForce集邦咨詢預(yù)估，第三類功率半導(dǎo)體（含SiC與氮化鎵GaN）產(chǎn)值將從2021年的9.8億美元，至2025年將成長(zhǎng)至47.1億美元，年復(fù)合成長(zhǎng)率達(dá)48%。
半導(dǎo)體材料發(fā)展至今經(jīng)歷了三個(gè)階段。
1990年代之前，計(jì)算機(jī)發(fā)展帶動(dòng)了以鍺和硅為主的半導(dǎo)體材料蓬勃發(fā)展，目前半導(dǎo)體器件和集成電路仍然主要是用硅晶體材料制造。
2000年左右，隨著光通信為基礎(chǔ)的信息高速公路崛起，以砷化鎵、磷化銦為代表的第二代半導(dǎo)體材料嶄露頭角。
最近幾年，新能源汽車等進(jìn)入高速發(fā)展期。2022年2月中國(guó)新能源車銷量同比上漲184.3%。2021年，中國(guó)新能源汽車銷售同比增長(zhǎng)1.6倍，連續(xù)7年位居全球第一。
與此同時(shí)，硅基材料基本逼近其物理極限，亟需新的材料來(lái)替代。以氮化鎵和碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料，具備高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高電子飽和速率及抗強(qiáng)輻射能力等優(yōu)異性能，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率的電子器件，是固態(tài)光源和電力電子、微波射頻器件的“核芯”，在半導(dǎo)體照明、新一代移動(dòng)通信、能源互聯(lián)網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車、消費(fèi)類電子等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
大量資金涌入碳化硅賽道
集微網(wǎng)集成電路產(chǎn)業(yè)高級(jí)分析師朱航歐介紹，國(guó)外對(duì)第三代半導(dǎo)體材料研究有三四十年了，碳化硅國(guó)際標(biāo)桿企業(yè)科銳公司（目前已更名Wolfspeed）能夠批量供應(yīng)6英寸導(dǎo)電型和半絕緣型碳化硅襯底，且已成功研發(fā)并開(kāi)始建設(shè)8英寸產(chǎn)品生產(chǎn)線。而中國(guó)大力發(fā)展碳化硅產(chǎn)業(yè)，則從七八年前開(kāi)始，目前處于6英寸量產(chǎn)過(guò)程中。
自2018年以來(lái)，國(guó)內(nèi)開(kāi)始大量涌現(xiàn)碳化硅產(chǎn)業(yè)相關(guān)項(xiàng)目。據(jù)芯謀研究統(tǒng)計(jì)，2018年總投資額為50億，項(xiàng)目總計(jì)3個(gè)。2019年投資額大幅暴漲至238億，項(xiàng)目達(dá)到14個(gè)。
2020年，宣布投資額一舉超過(guò)500億，項(xiàng)目超過(guò)20個(gè)。不過(guò)，實(shí)際投產(chǎn)項(xiàng)目極為有限，實(shí)際產(chǎn)能開(kāi)出率不高。如截至2021年8月，碳化硅器件產(chǎn)線宣布總產(chǎn)能215萬(wàn)片，實(shí)際投產(chǎn)產(chǎn)能樂(lè)觀估計(jì)為27萬(wàn)片，僅有三安光電(26.190, -0.14, -0.53%)、泰科天潤(rùn)和積塔等少量產(chǎn)線順利通線。
方正證券電子行業(yè)分析師呂卓陽(yáng)認(rèn)為，先發(fā)優(yōu)勢(shì)是半導(dǎo)體行業(yè)特點(diǎn)。相較于硅基材料，中國(guó)碳化硅產(chǎn)業(yè)化時(shí)間與國(guó)外廠商相差不多，有希望追趕國(guó)際水平。另外，SiC下游應(yīng)用大多處于研發(fā)階段，還沒(méi)形成量產(chǎn)化，因此SiC處在爆發(fā)式增長(zhǎng)前期，這也是大量資金涌入碳化硅賽道的原因。相關(guān)人士認(rèn)為，目前碳化硅襯底材料端中外之間存在大約五年左右的技術(shù)差距。
集邦咨詢半導(dǎo)體分析師龔瑞驕透露，制造碳化硅晶圓最難的一步是襯底環(huán)節(jié)，其晶體生長(zhǎng)緩慢且品質(zhì)不夠穩(wěn)定。這也是國(guó)內(nèi)企業(yè)短板。而碳化硅襯底占碳化硅晶圓成本的比例接近50%，這導(dǎo)致中國(guó)碳化硅材料競(jìng)爭(zhēng)力不足。
龍頭企業(yè)取得初步成果
SiC產(chǎn)業(yè)鏈包括粉體、襯底、外延、設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)，以及相關(guān)設(shè)備等，代表性企業(yè)有天岳先進(jìn)、三安光電、天科合達(dá)等。
今年1月上市的天岳先進(jìn)，以及從新三板摘牌的天科合達(dá)主要涉及SiC襯底環(huán)節(jié)。天岳先進(jìn)主要產(chǎn)品為半絕緣型碳化硅襯底產(chǎn)品，導(dǎo)電型碳化硅襯底產(chǎn)品的銷售金額及占比較小。半絕緣型碳化硅襯底產(chǎn)品主要用于新一代信息通信和微波射頻等領(lǐng)域。
資料顯示，天岳先進(jìn)此次上市募集到的資金將用于碳化硅襯底擴(kuò)產(chǎn)，主要用于生產(chǎn)6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底。本次募投項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后將新增碳化硅襯底產(chǎn)能約30萬(wàn)片/年。
天科合達(dá)主要從事SiC襯底及外延片生產(chǎn)。公司曾打算申報(bào)科創(chuàng)板，后終止。
千億市值的三安光電涉及SiC全產(chǎn)業(yè)鏈。公司全資子公司三安集成布局有碳化硅的外延芯片制成；全資子公司湖南三安投資建設(shè)包括但不限于碳化硅等化合物第三代半導(dǎo)體的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，包括長(zhǎng)晶—襯底制作—外延生長(zhǎng)—芯片制備—封裝產(chǎn)業(yè)鏈。其中湖南三安計(jì)劃總投資160億元。去年6月，湖南三安一期項(xiàng)目完成建設(shè)并順利點(diǎn)亮投產(chǎn)。