碳化硅功率器件全产业链提速

　　在过去的几年，半导体市场无疑经历了巨大的波折。

　　从缺芯潮缓解转向下游市场需求疲软，芯片行业步入下行周期。无论是终端市场的低迷，还是各类技术无法突破瓶颈的现状，以及供需关系的恶化，都掣肘了行业的进一步发展。

　　在半导体赛道的周期性“寒冬”之下，各家企业相继采取措施，减产、缩减投资等逐渐成为行业厂商度过危机的主要方式之一。

　　在此背景下，碳化硅（SiC）市场的建厂扩产热潮却愈演愈烈。

　　碳化硅作为目前半导体行业的热门投资领域之一，无数成名已久的IDM大厂，Fabless新锐以及初创企业纷至沓来，试图从碳化硅价值链的各方面切入这个前景看好的半导体细分领域。

　　（ChinaIT.com讯）作为第三代半导体材料，碳化硅相较于硅材料，具有大禁带宽度、高击穿电场、高饱和电子漂移速度、高热导率、高抗辐射等特点，适合制造高温、高压、高频、大功率的器件。

　　当前从光伏到新能源汽车，碳化硅下游市场需求旺盛，特别是随着电动汽车和新能源需求的持续增长，对SiC材料的需求呈现出井喷式增长的态势。国产碳化硅正在从产业化向商业化加速迈进。

　　从产业链来看，SiC产业链条较长，涉及衬底、外延、器件设计、器件制造和封测等一系列环节，各个环节的专业性要求较强，同时对技术和资本投入的要求也很高。

　　其中，碳化硅衬底和外延片的价值量占比超过一半，衬底成本最大，占比达47%；其次是外延成本占比为23%，成为决定碳化硅器件品质的关键。

　　衬底即通过沿特定的结晶方向将晶体切割、研磨、抛光，得到具有特定晶面和适当电学、光学和机械特性的洁净单晶圆薄片，用于生长外延层，可分为半绝缘型及导电型。

　　SiC衬底市场高度集中，全球衬底前三名是Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、Rohm。国外厂商在两类衬底市场中均占有主要份额。从半绝缘型SiC衬底市场份额来看，Wolfspeed、II-VI和山东天岳三家公司平分秋色，各占据约30%的市场份额。从导电型SiC衬底的市场份额来看，Wolfspeed占据超60%的市场份额，在SiC单晶市场价格和质量标准上有极大话语权，天科合达和山东天岳占比仅为1.7%和0.5%。

　　外延环节主要是在碳化硅衬底上，经过外延工艺生长出的特定单晶薄膜，衬底晶片和外延薄膜合称外延片。

　　在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层制得碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）外延片，可制成微波射频器件，应用于5G通信等领域；在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层（SiC-on-SiC）制得碳化硅外延片，可制成功率器件，应用于电动汽车、新能源、储能、轨道交通等领域。

　　SiC外延片属于行业产业链中间环节，其中，Wolfspeed、ShowaDenko呈现双寡头垄断市场，合计约占SiC导电型外延片95%的市场份额。目前国内相关外延厂商东莞天域和厦门瀚天天成等均已实现产业化，可供应4-6英寸外延片。中电科13所、55所、希科半导体等也能供应外延片，整体产能仍有较大提升空间。

　　SiC器件环节主要负责芯片的制造，整体涉及的流程较长，以集合芯片设计、芯片制造、芯片封测等多个产业链环节于一体的IDM模式最为常见。

　　在器件制备方面，由于材料的特殊性，器件过程的加工和硅不同，采用了高温工艺，包括高温离子注入、高温氧化以及高温退火工艺。

　　在SiC器件市场，欧美厂商占据主要份额，90%以上份额被国外公司占据。根据Yole 2022年数据，ST占据了全球37%的市场份额，成为市场的领导者；其次是英飞凌占据19%的份额，紧随其后的是Wolfspeed，占据了16%的份额。后面依次是安森美、罗姆和三菱电机等，这些厂商共同占据了全球80%以上的SiC市场份额，与各大车企及Tier1厂商互动密切。

　　国内厂商在SiC功率器件领域入局相对较晚，相关企业华润微、士兰微、斯达半导、时代电气、泰科天润、安徽长飞先进、派恩杰、上海瞻芯、中电科55所及13所等正积极布局碳化硅器件。

　　当前国内厂商仍处于发展初期，与国际巨头存在一定差距。目前SBD国内已经量产，但至少相差一代；OBC方面，国内通过车企测试的只有一两家；MOSFET方面，目前ST、英飞凌、Rohm等600-1700V SiC MOS已实现量产并达成签单出货，而国内目前SiC MOS设计已基本完成，多家设计厂商正与晶圆厂流片阶段，后期客户验证仍需部分时间，在电流密度、减薄工艺、可靠性都亟需提升，因此距离大规模商业化仍需要时间。

　　整体来看，目前碳化硅材料和功率器件主要由海外企业主导，国内企业仍处于发展初期，与国际巨头存在一定差距，正在加速追赶。

　　据方正证券测算，预计2026年全球SiC衬底有效产能为330万片，距同年629万片的衬底需求量仍有较大差距。在业内形成稳定且较高的良率规模化出货前，整个行业都将持续陷于供不应求。

　　SiC晶圆方面，尽管今年全球经济和其他半导体材料市场普遍出现放缓，但SiC晶圆将持续强劲增长。据TECHCET发布了最新的碳化硅晶圆材料报告预计，SiC晶圆市场将在2023年进一步增长，达到107.2万片晶圆，同比增长约22%。2022-2027年的整体复合年增长率估计约为17%。

　　成本高，一直是碳化硅器件被吐槽的弊病。

　　因为碳化硅在生产环节存在单晶生产周期长、环境要求高、良率低等问题，碳化硅衬底的生产中的长晶环节需要在高温、真空环境中进行，对温场稳定性要求高，并且其生长速度比硅材料有数量级的差异。因此，碳化硅衬底生产工艺难度大，良率不高。

　　这直接导致了碳化硅衬底价格高、产能低的问题。

　　近年来，在下游新能源汽车、光储等需求的驱动下，国内涌现出一批碳化硅相应企业，积极规划碳化硅全产业链布局。

　　同时，资本市场已经开始采取长线策略。据不完全统计，2023年以来，国内碳化硅领域发生了22起融资案例，合计融资资金已超40亿元。设备、衬底、外延、功率器件等，融资几乎涵盖了碳化硅全产业链。

　　无论是头部企业还是初创公司，仍在享受着资本注入带来的快速发展红利。

　　长飞先进总裁陈重国指出，除了资本市场的支持外，相比行业巨头，国内厂商拥有以下几大优势：

　　首先是市场优势，目前碳化硅应用市场主要在新能源汽车以及光伏行业，而这两大行业的市场一半以上都在中国，这是我们相对海外行业巨头的第一大优势。

　　第二是政策支持，我们国家对半导体行业的支持有目共睹。近年来，为了鼓励国内半导体产业创新发展，打破国外垄断，实现技术自主，国家多部门出台了一系列支持和引导半导体行业发展的政策法规，这对促进国内半导体厂商的发展也起到了非常大的推动作用。

　　第三是工程师优势，我国每年毕业的理工科工程师有几百万，这也是我们相比于欧美等国最大的人才优势，同时也是我们可以在短时间内快速发展壮大的原因。

　　此外，本土厂商还存在价格优势。伏友文表示，一方面，随着国内相关产业链逐步成熟，市场规模不断增大，产品良率不断提高，本土厂商在原材料、人工、生产管理上可以控制的更低；另一方面，国产SiC产品可以避免进口产品较高的运输、关税和汇率成本。

　　在诸多优势加持下，国产碳化硅产业发展正在加速。

　　据不完全统计，国内“已有+在建”碳化硅产线超过100条，虽然市场需求在增长，但同时竞争也在日渐激烈。

　　对于行业现状，有观点称，碳化硅国产化发展存在两大谜题：一方面，如果项目布局规模和投资量过大，包袱重，运营成本高，可能会导致失血过快，现金流断裂；另一方面，如果项目布局规模不够，导致规模效应不足，单位成本居高，市场竞争力不够，客户认可度不高；从而重复投资耗时耗钱，吸引不到新投资，最终被淘汰出局。

　　对此，陈重国认为，当规模不够时，市场竞争力不强是必然的。小规模厂商不仅成本下不去，无法与大规模厂商竞争，同时也无法满足用户的产能需求，更难吸引资本市场的注意。未来随着碳化硅市场竞争格局逐渐成型，一些小规模厂商必然会被淘汰出局。

　　但整体而言，这并不是投资量与盈亏平衡的问题，投资量大并不等于包袱重。投资与产能就好比分母与分子，分母大的话我们的分子也会大，这还会降低每一片晶圆的成本，在市场上更有竞争力，只要产品能卖出去就不存在包袱重、失血过快的问题。

　　这里的关键其实是要慎重地做好市场评估与自我评估，也就是说让我们的实力与投资量相匹配。这些实力包括成本控制能力、产品可靠性以及强大的销售能力等，需要我们基于对自身实力的了解再去作市场评估，再去作投资，建设相匹配的规模，抢占更大的市场。

　　还需要注意的是，本土企业在扩张过程中要提升自己的差异化优势，而不是去扎堆同质化严重的产品。

　　随着SiC技术的不断突破和国内产业链的完善，国内SiC产业有望进一步壮大并在全球竞争中占据更有利的地位。而随着市场的起伏，火热的碳化硅行业终将逐渐回归理性，唯有护城河深的企业才能受到青睐。

审核编辑：刘清