近兩年，SiC市場愈發受到市場重視，包括汽車、太陽能、儲能等應用領域紛紛加大碳化硅應用。

鑒于SiC材料的優越特性，行業客戶對SiC發展前景充滿信心，全球主要的SiC廠商如英飛凌、ST和安森美等都在大舉擴產建能，國內碳化硅項目也如火如荼開展。僅從2023年12月初到2024年1月中旬的一個多月時間，就有十多個SiC相關項目迎來新進展。近期又有三個碳化硅相關項目迎來新動態。

2月1日，嘉興國家高新區SiC半橋模塊制造項目簽約儀式舉行。該項目由浙江晶能微電子有限公司與星驅技術團隊共同出資設立，重點布局車規SiC半橋模塊。項目總投資約10億元，規劃建設年產90萬套SiC半橋模塊制造生產線及相關配套。

近期，浙江嘉興平湖市政府公示了“年產90萬片功率模塊、45萬片PCBA板和20萬臺電機控制器”建設項目規劃批前公告。

據披露，該項目建設單位為臻驅科技全資子公司——臻驅半導體（嘉興）有限公司（以下簡稱臻驅半導體），臻驅半導體擬投約資6.45億元建造廠房用于生產及研發等，項目建筑面積4.58萬平米。

近日，位于廈門火炬高新區的三優光電產業園項目取得竣工驗收備案證明書。

據了解，三優光電產業園項目總投資約2.5億元，總建筑面積約4.74萬平米，項目除整合公司現有產線之外，還將新建5G承載網設備光電器件、1200V以上SiC系列產品、傳感激光光源、MEMS芯片封測等產線的設計研發中心，以及相關配套基礎設施。


碳化硅熱度不減

有專家預測：以SiC材料為代表的第3代半導體材料及器件產業，將是繼風能、太陽能之后又一新興的大產業。

SiC半導體潛在應用領域較為廣泛，對新能源汽車、軌道交通、智能電網等領域都具有潛在的應用前景。隨著下游行業對半導體功率器件輕量化、高轉換效率、低發熱特性需求的持續增加，SiC在功率器件中取代Si成為行業發展的必然。

新能源產業，特別是新能源汽車的蓬勃發展，帶動碳化硅市場走熱。除此以外，參與到能源的生產與分配，包括EV、儲能、UPS、充電樁等領域的碳化硅市場開始供不應求?！奔钭稍兎治鰩燒徣痱湻治龅?。

在整個碳化硅的投資中，8英寸是當前重點布局的方向，碳化硅推廣的重點在于降本，而8英寸的產品則可以有效實現這一目標。

“8英寸碳化硅，被認為是碳化硅的黃金賽道，相較6英寸有很多的優勢，特別是成本方面。”爍科晶體總經理助理馬康夫表示，8英寸的邊緣損耗更小，尺寸越大晶片的利用面積更大。據wolfspeed統計，未來通過產量的提升，規模效益的提升，以及自動化效益的提升，8英寸相對6英寸成本會降低63%。

還有廠商表示，目前硅基器件廠的8寸產品比較成熟，因此他們更愿意接受8英寸碳化硅襯底。

國產企業突破單晶制備難題

在新能源汽車、工業互聯、5G通信、消費電子等多重需求強力拉動下，以碳化硅為代表的第三代半導體產業迅猛發展。中國電科高度重視第三代半導體產業布局，集聚全國50多家產學研用優勢單位，牽頭組建國家第三代半導體技術創新中心，完成從材料、裝備、工藝到器件、模塊、應用的體系化布局，推動第三代半導體產業創新能力整體躍升。

隆冬時節，中國電科（山西）碳化硅材料產業基地生產車間緊張忙碌，一排排3米高碳化硅單晶生長設備表面平靜，里面2000℃以上的高溫中，正進行著驚人的化學反應——一個個碳化硅晶錠正在快速生長。

“碳化硅單晶制備是全球性難題，而高穩定的晶體生長則是其中最核心的一環?！奔夹g專家表示，深耕碳化硅材料和大尺寸單晶研發“賽道”，團隊自研碳化硅單晶生長爐，完成高純碳化硅粉料制備，突破4英寸、6英寸碳化硅襯底產業化關鍵技術，攻克N型碳化硅單晶襯底、高純半絕緣碳化硅單晶襯底制備難題，解決“切、磨、拋”等工藝難點，實現碳化硅粉料制備、單晶生長、晶片加工等全流程自主創新。2023年，團隊成功實現8英寸碳化硅單晶及襯底小批量出貨，6英寸中高壓碳化硅外延片月產能力大幅提升。

“相較于6英寸外延設備，自主研發的8英寸碳化硅外延設備生產出的外延片邊緣損耗更小、可利用面積更大?！奔夹g專家表示，自主研制三代半導體專用核心裝備挺進“8英寸時代”一直是產業焦點?？蒲袌F隊接力攀登，努力攻克關鍵核心技術，推動8英寸碳化硅單晶生長設備、外延設備、晶圓檢測設備、離子注入設備、減薄設備實現整線集成，讓單片晶圓芯片產出提高90%，單位芯片成本可降低近50%。

不斷刷新材料、裝備研制高度，持續拓寬器件應用廣度。

“這是一個1200伏、100安的碳化硅半導體器件，電能的處理和控制，靠的就是這個?！毙⌒囊硪碛谜婵瘴P拾取碳化硅器件，技術專家笑著說，隨著國產新能源汽車生產量迅猛攀升，碳化硅材料研制的器件、模塊，快速走向應用舞臺“C位”。相同規格下碳化硅MOSFET的尺寸只有硅基產品的1/10，但導通電阻是后者的百分之一，總能量損耗可以降低70%。

雖然碳化硅器件、模塊前景亮麗，但是撬動市場的，永遠是創新的系統設計及規?；瘧盟?。“研發過程中，尤其在核心指標遇到較大困難時，我們從不放棄，堅信熬過最難關口，一定能成功！”沿著行業脈動不懈攀登，技術人員加快布局推進8英寸第三代半導體器件中試平臺建設，打造穩定開放的研發創新平臺及產業共性技術平臺，致力于為行業提供更多源頭技術供給，推動產業鏈向高端躍升。

國產替代還需持續發力

襯底：國外龍頭壟斷，國內奮起直追

大尺寸襯底能有效攤薄成本，是行業發展主流。目前碳化硅襯底主流尺寸是4/6寸，其中半絕緣型碳化硅襯底以4寸為主，導電型碳化硅襯底以6寸為主。據業界消息顯示，當襯底從6寸擴大到8寸時，可切割出的碳化硅芯片(32mm2)數量有望從448顆增加到845顆，增加了75%。當下國際上龍頭企業的碳化硅襯底正從6寸往8寸發展，包括Wolfspeed、II-VI以及國內碳化硅襯底龍頭企業天岳先進等都已成功研發8英寸襯底產品。

從海內外市占率看，Wolfspeed和II-VI公司在研發和產業化方面領先國內數十年，其中Wolfspeed/II-VI的6寸半絕緣型碳化硅襯底量產時間遠遠早于天岳先進。目前我國企業龍頭天科合達、天岳先進還在奮起直追。據天岳先進等龍頭企業財報數據顯示，在絕緣型襯底方面，天岳先進全球市占率約為30%。


外延：國外企業主導型強，國內未來規模產能穩定

在外延片上，Wolfspeed與昭和電工占據了全球超90％的碳化硅導電型外延片市場份額，形成雙寡頭壟斷。目前我國由于進口外延爐供貨短缺，國內外延爐仍需驗證并且外延工藝難度大，國內SiC外延廠商較少，市占率較低。

就國內企業看，瀚天天成和東莞天域技術及產能較為穩定。技術上，兩者在6英寸外延均較為成熟和穩定，在8英寸均有儲備。產能方面，瀚天天成2022年6英寸產能達12萬片，2023年計劃產能40萬片（包括6/8英寸），至2025年產能目標約140萬片；東莞天域2022年6英寸產能達8萬片，并且啟動年產100萬片的6/8英寸外延項目，預計2025年竣工并投產。

外延設備國產化是國內發展的重中之重，目前國內廠商晶盛機電、北方華創、中電48所等正在加強研究，其中晶盛機電6寸單片式碳化硅外延設備已實現國產替代，2022年公司外延設備市占率居國內前列。2023年6月晶盛機電又成功研發8英寸單片式碳化硅外延生長設備，引領國產替代。


器件制造：設計、制造、封測缺一不可，道阻且長

在碳化硅器件制造設計端上，SiC二極管商業化正在逐步完善，但SiC MOS發展較面臨較多難點，與國外廠商差距較大。目前ST、英飛凌、Rohm等廠商已實現600-1700V SiC MOS實量產并和多制造業達成簽單出貨；國內則還處于設計流片階段，距離大規模商業化仍有較長時間。

碳化硅器件制造則與設備國產化進程息息相關，設備需求主要包括高溫離子注入機、高溫退火爐、SiC減薄設備、背面金屬沉積設備、背面激光退火設備、SiC襯底和外延片表面缺陷檢測和計量。近幾年是國產設備廠商的黃金發展3年，我國上述設備在近幾年得到較快發展。

在碳化硅器件封測領域，氮化硅主要采用AMB工藝，更受行業歡迎。據悉，AMB工藝生產的陶瓷襯板主要運用在功率半導體模塊上作為硅基、碳化基功率芯片的基底。由于氮化硅陶瓷基板的多種特性與第3代半導體襯底SiC晶體接近，使其能夠與SiC晶體材料匹配更穩定，因此成為SiC半導體導熱基板材料首選，特別在800V以上高端新能源汽車中應用中不可或缺。

另外，目前以硅基材料為主的IGBT模塊在具有高導熱性、高可靠性、高功率等要求的軌道交通、工業級、車規級領域正逐漸采用AMB陶瓷襯板替代原有的DBC陶瓷襯板。中國AMB陶瓷基板更多是依賴進口，國內廠商包括博敏電子、富樂華正在加速擴產。