電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃晶晶）碳化硅SiC是寬禁帶半導體材料的典型代表，具有高禁帶寬度、高擊穿場強和高熱導率等優(yōu)良特性，成為制作高溫、高頻和大功率電力電子器件的理想半導體材料。

國外碳化硅半導體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展起步早，從襯底到外延片再到芯片的工藝產(chǎn)品相對成熟，不過近年來國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈也取得不小的進步。

據(jù)了解，今年以來，華潤微電子已經(jīng)切入到碳化硅領域，無論從產(chǎn)品線還是技術研發(fā)等布局來看，這家國內功率IDM龍頭的入局將推動國產(chǎn)碳化硅進入新的階段。

碳化硅市場格局

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈分為SiC襯底、EPI外延片、器件、模組等環(huán)節(jié)，目前全球碳化硅市場基本被國外壟斷，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，Cree、英飛凌、羅姆約占據(jù)了90％的SiC市場份額，Cree是SiC襯底主要供應商，羅姆、意法半導體等擁有自己的SiC生產(chǎn)線等。

襯底方面，國際主流產(chǎn)品從4英寸向6英寸過渡，Cree已經(jīng)開發(fā)出8英寸襯底。國內襯底主要供應商有天科合達、山東天岳、同光晶體等能夠供應3 英寸-6 英寸的單晶襯底。國內SiC襯底以4英寸為主，6英寸襯底還有待突破。

2019年8月，華為通過旗下的哈勃科技投資有限公司投資了山東天岳公司，占股10%，顯示華為正在布局新一代半導體材料技術。

外延片方面，國內廈門瀚天天成、東莞天域、世紀金光已能提供4英寸/6英寸SiC外延片。目前，6英寸碳化硅外延片可以實現(xiàn)本土供應。

SiC器件方面，國際上600~1700V SiC SBD、MOSFET 已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，主流產(chǎn)品耐壓水平在1200V 以下，封裝形式以TO 封裝為主。價格方面，國際上的SiC 產(chǎn)品價格是對應Si 產(chǎn)品的5~6 倍，正以每年10%的速度下降。據(jù)預測，隨著上游材料器件紛紛擴產(chǎn)上線，未來2~3年后市場供應加大，價格將進一步下降，預計價格達到對應Si 產(chǎn)品2~3 倍時，由系統(tǒng)成本減少和性能提升帶來的優(yōu)勢將推動SiC 逐步占領Si 器件的市場空間。

國內碳化硅器件供應商主要有中車時代電氣、中電55所、中電13所、基本半導體、泰科天潤、瑞能半導體等，以及國內功率IDM龍頭華潤微電子也進入到這一領域。

國產(chǎn)碳化硅二極管

從產(chǎn)品分類來看，國內廠商已有不少推出碳化硅二極管。例如泰科天潤是國內第三代半導體材料碳化硅器件制造與應用解決方案提供商，已經(jīng)量產(chǎn)SiC SBD，產(chǎn)品涵蓋600V/5A～50A、1200V/5A～50A 和1700V/10A 系列。

瑞能半導體的碳化硅二極管，主要應用領域包括工業(yè)、服務器、空調等。此外，還推出了面向汽車級的碳化硅二極管產(chǎn)品。

中電科55所是國內少數(shù)從4-6寸碳化硅外延生長、芯片設計與制造、模塊封裝領域實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)單位，其6 英寸碳化硅中試線已投入運行，旗下的控股子公司揚州國揚電子現(xiàn)有一條于2017 年投產(chǎn)、產(chǎn)能50 萬只/年的功率模塊工藝線。

近來，華潤微電子表示其碳化硅二極管將在今年開始實現(xiàn)銷售，并逐步走向產(chǎn)業(yè)化，目標是在細分應用市場的占有率取得突破。

作為國內功率半導體IDM龍頭企業(yè)，華潤微電子是中國領先的擁有芯片設計、晶圓制造、封裝測試等全產(chǎn)業(yè)鏈一體化經(jīng)營能力的半導體企業(yè)。它是目前國內產(chǎn)品線最為全面的功率器件廠商，主要應用于消費電子、工業(yè)控制、新能源、汽車電子等領域。根據(jù) IHS Markit 的統(tǒng)計，以銷售額計，在中國MOSFET市場中排名第三，僅次于英飛凌與安森美兩家國際企業(yè)，華潤微電子是中國最大的MOSFET 廠商。

圖：華潤微電子擁有芯片設計、晶圓制造、封裝測試等全產(chǎn)業(yè)鏈一體化經(jīng)營能力

從晶圓制造產(chǎn)線來看，目前華潤微電子在無錫擁有3條6英寸線，1條8英寸線，2018年年產(chǎn)能分別約247萬片和73萬片。在重慶擁有1條8英寸線，2018年年產(chǎn)能約60萬片。

圖：華潤微電子制造與服務資源

正是擁有的功率半導體全產(chǎn)業(yè)鏈，為華潤微電子切入碳化硅領域提供了夯實的基礎。據(jù)悉，華潤微電子于2018年12月開始籌劃建設6英寸生產(chǎn)線，2019年9月SiC晶圓生產(chǎn)線正式落成。

由于現(xiàn)有的6英寸硅晶圓產(chǎn)線可以升級改造用于生產(chǎn)SiC器件，華潤微充分利用Si功率器件生產(chǎn)線豐富的經(jīng)驗，以較少的投資完成了SiC生產(chǎn)線建設，充分利用了Si功率器件生產(chǎn)線豐富的經(jīng)驗。

在碳化硅技術研發(fā)方面，國內領先的功率半導體研發(fā)經(jīng)驗，結合浙江大學碳化硅研發(fā)成果，成功實現(xiàn)了科技成果的商業(yè)轉化。

經(jīng)過四年多時間，華潤微多項專利在申請中，掌握了包括6英寸生產(chǎn)、封裝等環(huán)節(jié)核心技術，全產(chǎn)鏈自主可控，基于碳化硅產(chǎn)品的技術和產(chǎn)線已經(jīng)搭建完成。可以預見，如今華潤微電子的碳化硅二極管即將面市，將為國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入堅實的力量。

國產(chǎn)碳化硅MOSFET

碳化硅二極管技術相對不是特別復雜，因此目前國產(chǎn)碳化硅二極管產(chǎn)品較多。而碳化硅MOSFET的技術更難，國內廠商要追上國際需要更深的技術積累。

碳化硅MOSFET不僅適合于從600V到10kV的廣泛電壓范圍,同時具備單極型器件的卓越開關性能。國際上600-1700V碳化硅SBD，MOSFET都已量產(chǎn)，Cree已開始布局8英寸產(chǎn)線。國內企業(yè)碳化硅MOSFET還有待突破，產(chǎn)線在向6英寸過渡。據(jù)了解，目前能夠提供碳化硅MOSFET的國內企業(yè)為數(shù)不多。

華潤微電子表示，隨著公司碳化硅二極管走向產(chǎn)業(yè)化，碳化硅MOSFET也是公司的研發(fā)重點，碳化硅MOSFET 研發(fā)取得突破性進展。碳化硅MOSFET聚焦新能源汽車、充電樁等應用需求。據(jù)供應鏈消息，華潤微已有碳化硅MOSFET工藝和樣品流出。華潤微電子進軍碳化硅MOSFET的動作，或將成為今年以來國產(chǎn)碳化硅市場最關鍵的進展之一。

更早前，深圳基本半導體采用其獨創(chuàng)的3D SiC 技術，推出1200V SiC MOSFET，達到可量產(chǎn)狀態(tài)。上海瞻芯電子于2018 年5月成功地在一條成熟量產(chǎn)的6英寸工藝生產(chǎn)線上完成SiC MOSFET 的制造流程。

中車時代于2018年1月6英寸SiC生產(chǎn)線首批芯片試制成功，國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院，聯(lián)合天科合達等覆蓋從材料到外延到芯片全產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化，擁有4英寸和6英寸生產(chǎn)線。

三安光電旗下的三安集成于2018 年12月公布商業(yè)版本的6英寸碳SiC 晶圓制造流程，并將其加入到代工組合當中。根據(jù)公司新聞稿，目前三安集成SiC 工藝技術可以為650V、1200V 和更高額定電壓的肖特基勢壘二極管（SBD）提供器件結構，公司預計在不久后會推出針對900V、1200V和更高額定電壓的SiC MOSFET 產(chǎn)品。

總體上，國內廠商在碳化硅MOSFET研發(fā)與產(chǎn)品化方面，需要更多的投入與發(fā)力，才能在高端領域拉近與國際廠商距離。

碳化硅市場前景與“新基建”的機會

SiC可以制造高耐壓、大功率電力電子器件如MOSFET、IGBT、SBD等，用于智能電網(wǎng)、新能源汽車等行業(yè)。

據(jù)IMSResearch報告顯示，碳化硅功率器件2017年市場份額在3億美元左右，主要集中在光伏逆變器與電源領域。雖只占到功率器件市場的1.5%的規(guī)模，但近幾年的年復合增長率保持在30%以上。同時，在產(chǎn)品結構也主要是以二極管為主，占到80%以上的份額，而未來隨著電動汽車作為主驅動力以及MOSFET器件的上量，有望在未來8年超20億美元。

Yole數(shù)據(jù)顯示，2017-2023年SiC功率元器件市場規(guī)模的復合年增長率為31%，預計到2023年超過15億美元，應用領域包含馬達驅動器、充電基礎設施、電動汽車、太陽能光伏、地鐵等。

2020年3月以來，以加快5G網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心、新能源等新型基礎設施建設為主的“新基建”正在成為經(jīng)濟增長新動能，半導體芯片將為“新基建”提供核心動力。碳化硅將覆蓋5G通信電源、新能源汽車充電樁、服務器電源、特高壓應用柔性輸電技術，以及城際高鐵電力電子變壓器等多項應用。

深耕中國市場是華潤微電子多年來始終堅持的方向，公司生產(chǎn)工藝針對中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)進行重點布局，在電源管理、智慧照明、射頻應用、汽車電子、智能消費電子、物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)等領域可為客戶供多樣化的工藝平臺解決方案。隨著“新基建”這針經(jīng)濟強心劑的全面啟動，將為碳化硅功率半導體帶來巨大的政策紅利，也給國內碳化硅廠商提供了前所未有的發(fā)展機遇。

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