據(jù)媒體報(bào)道,12月16日中德第三代半導(dǎo)體材料聯(lián)合研究院項(xiàng)目簽約落戶西安。該項(xiàng)目技術(shù)可以以較高成功率穩(wěn)定產(chǎn)出4英寸和6英寸SiC單晶晶圓,未來發(fā)展方向?yàn)榇蟪叽鏢iC單晶制備批量生產(chǎn)成熟技術(shù)和前沿半導(dǎo)體技術(shù)。
第三代半導(dǎo)體材料項(xiàng)目漸次落地
就在不久前,浙江省首個(gè)第三代半導(dǎo)體材料項(xiàng)目落戶寧波,華大半導(dǎo)體完成寬禁帶半導(dǎo)體材料項(xiàng)目簽約,總投資10.5億元,計(jì)劃年產(chǎn)8萬片4-6吋碳化硅襯底及外延片、碳化硅基氮化鎵外延片,產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于5G通訊、新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。
2019年9月,中科鋼研碳化硅項(xiàng)目總部基地落戶上海,賦能第三代半導(dǎo)體材料,力爭(zhēng)用3到5年時(shí)間,將與其戰(zhàn)略合作伙伴聯(lián)合創(chuàng)設(shè)的國(guó)宏中宇,建設(shè)成以上??偛炕貫楹诵?,以碳化硅半導(dǎo)體材料為代表,聚集第三代半導(dǎo)體材料及其應(yīng)用技術(shù)與產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)集團(tuán)。
2019年8月,華為通過哈勃投資入股山東天岳,并獲10%股份。山東天岳核心產(chǎn)品為第三代半導(dǎo)體材料碳化硅。據(jù)公司官網(wǎng)介紹,碳化硅被稱為是第三代半導(dǎo)體的核心材料,具有耐高壓、耐高頻等突出特點(diǎn)。此次投資或表明華為對(duì)于第三代半導(dǎo)體材料前景的認(rèn)可。
碳化硅是最接近大規(guī)模商業(yè)化的第三代半導(dǎo)體材料
自半導(dǎo)體誕生以來,半導(dǎo)體材料便不斷升級(jí)。第一代半導(dǎo)體材料主要是指硅(Si)、鍺元素(Ge)半導(dǎo)體材料,其在集成電路、電腦、手機(jī)、航空航天、各類軍事工程等領(lǐng)域中都得到了極為廣泛的應(yīng)用。
第二代半導(dǎo)體材料主要指化合物半導(dǎo)體材料(如砷化鎵)、三元化合物半導(dǎo)體(如GaAsAl)、玻璃半導(dǎo)體(如非晶硅)等,主要用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及發(fā)光器件的優(yōu)良材料。
與第一代和第二代半導(dǎo)體材料相比,第三代半導(dǎo)體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場(chǎng)、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。
碳化硅(SiC)屬于第三代半導(dǎo)體材料,也是目前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導(dǎo)體材料,世界各國(guó)對(duì)SiC的研究非常重視,紛紛投入大量的人力物力積極發(fā)展,美國(guó)、歐洲、日本等不僅從國(guó)家層面上制定了相應(yīng)的研究規(guī)劃,而且一些國(guó)際電子業(yè)巨頭也都投入巨資發(fā)展碳化硅半導(dǎo)體器件。
產(chǎn)業(yè)鏈歐美占據(jù)關(guān)鍵位置 我國(guó)亦有諸多布局
SiC生產(chǎn)過程分為SiC單晶生長(zhǎng)、外延層生長(zhǎng)及器件制造三大步驟,對(duì)應(yīng)的是產(chǎn)業(yè)鏈襯底、外延、器件與模組三大環(huán)節(jié)。
全球SiC產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國(guó)、歐洲、日本三足鼎立態(tài)勢(shì)。其中美國(guó)全球獨(dú)大,全球SiC產(chǎn)量的70%-80%來自美國(guó)公司。歐洲則擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈,日本是設(shè)備和模塊開發(fā)方面的絕對(duì)領(lǐng)先者。

我國(guó)企業(yè)在SiC方面也多有布局,但大部分處于早期研發(fā)階段,行業(yè)體量較小。SiC襯底方面,天科合達(dá)、山東天岳、同光晶體等均能供應(yīng)3英寸-6英寸的單晶襯底;SiC外延片方面,廈門瀚天天成與東莞天域生產(chǎn)3英寸-6英寸SiC外延片;代工方面,三安光電旗下三安集成于2018年12月宣布推出國(guó)內(nèi)第一家6英寸SiC晶圓代工制程,且全部工藝鑒定試驗(yàn)已完成。
SiC將取代IGBT成為新能源車最佳選擇
SiC器件正廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域中,作為制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一,SiC成為實(shí)現(xiàn)新能源汽車最佳性能的理想選擇。目前SiC器件在新能源汽車上的應(yīng)用主要是功率控制單元、逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、車載充電器等。
相比于IGBT,SiC是更為先進(jìn)的做控制器的電力電子芯片。雖然成本是IGBT的8-10倍,但SiC可以大幅度提高電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩嵘姍C(jī)比功率,在做到高頻率和高效率的同時(shí),體積還非常小,約比IGBT小70-80%。此外,SiC還具有高頻率但損耗低的優(yōu)勢(shì),從而將新能源車效率再提高10%左右。這就意味著,電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程得到提升的同時(shí),電池成本有可能大幅下降。
豐田曾經(jīng)公開表示,SiC具有與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)同等的重要性。從上世紀(jì)80年代開始,豐田就在研究SiC,比國(guó)際同行提前30年。特斯拉為追求行駛里程僅5%的提升,不惜以貴幾倍的代價(jià)在業(yè)界率先全面采用SiC替代IGBT,Model3的控制器就是利用的SiC材料。比亞迪也宣布將在2023年全方位采用SiC替代,預(yù)計(jì)在2025年全面用SiC取代IGBT。
根據(jù)Yole預(yù)測(cè),2017-2023年,SiC功率器件市場(chǎng)將以每年31%的復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng),2023年將超過15億美元;而SiC行業(yè)龍頭Cree則表現(xiàn)得更為樂觀,其預(yù)計(jì)到2022年,SiC在電動(dòng)車用市場(chǎng)空間將快速成長(zhǎng)到24億美元,是2017年車用SiC整體收入(700萬美元)的342倍。
多家公司已布局第三代半導(dǎo)體材料
露笑科技:公司今年11月與中科鋼研、國(guó)宏中宇簽署碳化硅項(xiàng)目戰(zhàn)略合作協(xié)議,將為國(guó)宏中宇主導(dǎo)的碳化硅產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目定制約200臺(tái)碳化硅長(zhǎng)晶爐,設(shè)備總采購(gòu)金額約3億元。8月公司全資子公司露笑藍(lán)寶石與國(guó)宏中宇簽訂總金額 1.26億元的《碳化硅長(zhǎng)晶成套設(shè)備定制合同》。
三安光電:主要從事化合物半導(dǎo)體材料的研發(fā)與應(yīng)用,專注于碳化硅、砷化鎵、氮化鎵等半導(dǎo)體新材料及相關(guān)領(lǐng)域。今年3月,三安光電旗下三安集成電路與美的集團(tuán)達(dá)成戰(zhàn)略合作,雙方共同成立第三代半導(dǎo)體聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,將通過研發(fā)第三代半導(dǎo)體功率器件導(dǎo)入白色家電,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。
海特高新:目前已完成包括砷化鎵、氮化鎵、碳化硅及磷化銦在內(nèi)的6項(xiàng)工藝產(chǎn)品的開發(fā),可支持制造功率放大器、混頻器、低噪音放大器、開關(guān)、光電探測(cè)器、激光器、電力電子等產(chǎn)品,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于5G移動(dòng)通信、人工智能、雷達(dá)、汽車電子等領(lǐng)域。截止目前公司部分產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),服務(wù)客戶數(shù)和訂單持續(xù)增加。