導讀：近期華為旗下哈勃投資（2019年4月成立）入股10%第三代半導體材料碳化硅（SiC）的制造商山東天岳。在美國對中國高科技企業(yè)不斷施壓的形勢下，華為此舉或許表明對第三代半導體材料SiC潛在的需求以及前景的認可。

　　以SiC為代表的第三代半導體材料在禁帶寬度、擊穿電場、熱導率、電子飽和度以及抗輻射能力方面均優(yōu)于Si，在功能上展現(xiàn)出耐高溫、耐高壓、降低開關損失、適用高頻環(huán)境及功率密度高等優(yōu)點，見表1。目前主要應用領域有半導體照明、電力電子器件、激光器、探測器、光伏、5G和新能源汽車等領域，每個領域的產(chǎn)業(yè)成熟度各不相同，在前沿研究領域，寬禁帶半導體還處于實驗室研發(fā)階段。

　　表1 SiC與Si主要參數(shù)對比

　?。ㄙY料來源：公開資料，五度易鏈行業(yè)研究中心）

全球功率半導體逐漸繁榮，新能源汽車將為主要驅(qū)動力

　　SiC功率器件具備耐高壓、耐高頻、耐熱、低開關損耗的優(yōu)勢，以及其優(yōu)于其他第三代半導體材料（GaN）產(chǎn)業(yè)化程度會使其在相關領域加速落地應用，尤其在電動汽車大功率半導體零部件領域。電動源汽車的電動模塊中電動機是有源負載，其轉(zhuǎn)速范圍很寬，且在行駛過程中需要頻繁地加速和減速，工作條件比一般的調(diào)速系統(tǒng)復雜，采用碳化硅功率器件可有效提高其驅(qū)動系統(tǒng)，在擊穿電壓、開啟電阻、熱導率和工作溫度方面可以獲得提升，最終大幅提升電動汽車輕量化水平。目前一些汽車廠商對新一代碳化硅功率器件寄予了厚望，希望通過應用碳化硅功率器件大幅實現(xiàn)電動汽車逆變器和DC-DC轉(zhuǎn)換器等驅(qū)動系統(tǒng)的小型輕量化。2018年全球SiC功率半導體規(guī)模約為4.2億美元，在電動汽車領域的功率器件規(guī)模約1.1億美元，據(jù)Yole預測，2024年全球SiC功率半導體市場規(guī)模將增加到19.3億美元，年復合增長率（CAGR）將達到29%，在新能源汽車領域功率器件規(guī)模將增到9.5億美元，CAGR達到43%，見圖1。

　　圖1 2018年與2024年碳化硅功率器件細分市場占比及增速

　?。ㄙY料來源：Yole，五度易鏈行業(yè)研究中心）

SiC大尺寸化是未來主要技術(shù)發(fā)展方向

　　SiC相比其他第三代半導體材料，產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)形成，降低成本，提升毛利率的技術(shù)將成為企業(yè)發(fā)展的重要支撐，隨著6英寸SiC襯底的產(chǎn)業(yè)化落地，大尺寸SiC將成為襯底材料技術(shù)發(fā)展的主要方向。Cree（美）、道康寧（美）、羅姆（日）等企業(yè)已經(jīng)完成4-6英寸SiC單晶襯底（包括半絕緣型），國內(nèi)已經(jīng)具備了成熟的4英寸零微管碳化硅單晶產(chǎn)品，并已經(jīng)研發(fā)出了6英寸單晶樣品。大尺寸化趨勢已經(jīng)形成，據(jù)Yole預測，在2030年以后4英寸SiC單晶襯底將退出市場，取而代之的是大規(guī)模的6英寸SiC單晶襯底，見圖2。

　　圖2 SiC單晶襯底材料市場預測

　?。ㄙY料來源：Yole，五度易鏈行業(yè)研究中心）

國內(nèi)設計制造環(huán)節(jié)薄弱難以帶動上游需求

　　SiC產(chǎn)業(yè)鏈包括襯底、外延、器件/模塊以及終端應用，見圖3。碳化硅襯底材料主要包括導通型襯底和半絕緣襯底，前者是制造碳化硅功率半導體器件的基材；后者具備高電阻的同時可以承受更高的頻率，在5G通訊、傳感感應器件上具備廣闊的應用空間。目前山東天岳、天科合達、河北同光、中科節(jié)能均已完成6英寸襯底的研發(fā)，中電科裝備研制出6英寸半絕緣襯底，從技術(shù)上看與國外差距不斷縮小。SiC外延材料是襯底材料制作器件的“中介平臺”，缺陷越少，厚度越厚，外延材料的質(zhì)量越高在20μm以下國內(nèi)外產(chǎn)品差距不大，在100μm以上的產(chǎn)能線中，國內(nèi)產(chǎn)品與國外先進水平有一定差距。

　　圖3 SiC產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

　?。ㄙY料來源：公開資料，五度易鏈行業(yè)研究中心）

　　國外企業(yè)Cree、英飛凌、羅姆、意法半導體等公司已經(jīng)開發(fā)溝槽柵SiC MOSFET產(chǎn)品（第4-5代），并實現(xiàn)部分量產(chǎn)，國內(nèi)目前量產(chǎn)的以SiC二極管為主，一些企業(yè)雖已開發(fā)晶體管產(chǎn)品，但未形成產(chǎn)能線，距國際先進水平較大。我國封裝領域較發(fā)達，因此在功率模塊方面差距較小。整體上，功率器件由美、歐、日領先，美國占據(jù)70%-80%的市場份額；歐洲在碳化硅襯底、外延、器件以及應用方面擁有完整的產(chǎn)業(yè)鏈；日本是設備和模塊開發(fā)方面的絕對領先者。我國在功率器件設計領域和制造領域（圖4）與國外相差較大，從整體產(chǎn)業(yè)鏈角度看，該環(huán)節(jié)的薄弱會難以帶動上游的需求。

　　圖4 SiC功率半導體部分制造廠商

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結(jié)語

　　SiC作為已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)規(guī)模的第三代半導體材料，優(yōu)勢明顯，前景廣闊，新能源電動汽車將會是增量的主要驅(qū)動力。未來技術(shù)發(fā)展趨勢上，SiC單晶襯底材料大尺寸化將成為主流。從市場現(xiàn)狀看，美國企業(yè)占據(jù)統(tǒng)治地位，歐、日企業(yè)各有千秋，我國企業(yè)在上游SiC襯底和外延部分發(fā)展較快，功率器件設計和制造環(huán)節(jié)比較薄弱，但是全球行業(yè)發(fā)展成熟度不高，在華為等具備需求端產(chǎn)業(yè)生態(tài)的企業(yè)助推之下，國內(nèi)SiC前景未來可期。