本土碳化硅產(chǎn)業(yè)面臨多重挑戰(zhàn)，芯粵能項目落地將為產(chǎn)業(yè)注入“強(qiáng)芯”力量

6月26日上午，2022年中國國際集成電路產(chǎn)業(yè)峰會暨IC NANSHA大會繼續(xù)進(jìn)行，在寬禁帶半導(dǎo)體論壇上，芯粵能CTO相奇發(fā)布《碳化硅芯片制造助力產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展》的演講。

會上，相奇從當(dāng)前能源需求持續(xù)增長以及“雙碳戰(zhàn)略”等宏觀角度，分析了碳化硅對當(dāng)前全面提升能源轉(zhuǎn)換效率的重要作用。隨后，他從多應(yīng)用領(lǐng)域闡明全球碳化硅市場發(fā)展機(jī)遇，并對目前全球市場競爭格局和本土廠商面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了深入的分析。

                                                                                “雙碳戰(zhàn)略”開啟新能源轉(zhuǎn)換黃金時代，碳化硅未來已來

國內(nèi)的“雙碳戰(zhàn)略”被視為指引未來發(fā)展的關(guān)鍵策略。根據(jù)雙碳戰(zhàn)略，第一步是在2025年實現(xiàn)化石能源達(dá)峰，這階段煤炭石油消費量達(dá)峰，新能源平價時代來臨。第二步是高碳走向低碳，在非電領(lǐng)域，天然氣將取代石油煤炭；而電力領(lǐng)域，進(jìn)入存量時代，儲能平價。第三步是2040年到2050低碳走向零碳，電力碳中和，氫能邁向平價。

在實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略的過程中，伴隨著能源需求持續(xù)增長，清潔電能替代化石燃料的發(fā)生。其中，電能轉(zhuǎn)換需求功率器件，而碳化硅功率器件可全面提升電能轉(zhuǎn)換效率。相奇指出，據(jù)統(tǒng)計，2030年中國大陸總用電量將達(dá)到10.5萬億度，若采用碳化硅功率器件替代傳統(tǒng)硅器件，可節(jié)電萬億度，約等于10個三峽大壩的發(fā)電量。

因此，相比于硅，碳化硅更適合功率器件。相同擊穿電壓下，碳化硅的導(dǎo)通電阻只是硅的1/344。材料性能方面，碳化硅具有禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、飽和電子漂移速度高、擊穿場強(qiáng)高等特點。相應(yīng)的，碳化硅器件具備耐高溫高壓特性、結(jié)-殼熱阻低、開關(guān)速度快、通態(tài)電阻低等。用碳化硅器件的系統(tǒng)性能具有小型、輕量、高能效、驅(qū)動力強(qiáng)等優(yōu)勢。

得益于碳化硅的性能優(yōu)勢，全球碳化硅市場規(guī)模爆發(fā)式增長。在汽車和牽引領(lǐng)域，碳化硅可應(yīng)用于新能源汽車的主驅(qū)逆變器、OBC、DC-DC、電機(jī)驅(qū)動、充電樁、軌道交通等。此外還有電源、光伏/儲能等可在生能源、國防航天、工業(yè)和消費電子等領(lǐng)域。

據(jù)Yole預(yù)測，2019-2025全球碳化硅市場將會以30%的復(fù)合增長率增長，市場規(guī)模預(yù)計從2020年的5.41億美元的增長至25.62億美元。數(shù)據(jù)反映了全球碳化硅市場增長強(qiáng)勁，但從市場競爭格局來看，全球碳化硅功率器件和襯底市場主要被海外巨頭占據(jù)。2020年碳化硅功率器件市場占有率CR5>90%，2020年全球碳化硅導(dǎo)電型襯底市場中，前兩大巨頭市占率超7成，Wolfspeed一家獨大，占比達(dá)60.3%。

                                                                                        本土碳化硅發(fā)展仍面臨多重挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)鏈任重道遠(yuǎn)

全球碳化硅市場的爆發(fā)式增長，離不開中國市場的貢獻(xiàn)。據(jù)CASA Research數(shù)據(jù)，2021年國內(nèi)新能源汽車功率半導(dǎo)體市場規(guī)模（含充電樁）約為31.2億元。到2026年，市場規(guī)模將達(dá)到193.6億元，CAGR高達(dá)44%。

國內(nèi)新能源汽車市場的高速發(fā)展，也推動相關(guān)晶圓需求爆發(fā)。2021年全年我國汽車銷量2627.5萬輛，新能源汽車銷量350.72萬輛，滲透率17.42%，預(yù)計2025年汽車銷量達(dá)3000萬輛以上，新能源汽車滲透率接近50%。而相應(yīng)的，2021年碳化硅6英寸等效晶圓為13.7萬片，預(yù)測2027年將達(dá)到263.5萬片。

盡管未來發(fā)展前景廣闊，但當(dāng)下本土碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈仍面臨較大的挑戰(zhàn)。單是在碳化硅器件制造方面，就存在這襯底外延成本占比高、良率受限于襯底缺陷、專用設(shè)備國產(chǎn)缺席、缺乏規(guī)?；a(chǎn)平臺等挑戰(zhàn)。

具體來看，廠商面臨的碳化硅器件制造挑戰(zhàn)，關(guān)鍵在于成本和良率。在碳化硅器件總成本中，襯底材料占40%，外延占15%，器件占30%，其他的原料占15%，由此可見，襯底占總成本的比例很高。而襯底和外延的缺陷是影響良率的最主要原因。

與此同時，芯片制造的高精度也對碳化硅芯片的制造量產(chǎn)平臺提出了高要求。碳化硅芯片制造量產(chǎn)平臺要具備智能化、自動化和規(guī)?；忍厣?，以保證量產(chǎn)穩(wěn)定和良率提升。

此外，由于起步晚于海外龍頭企業(yè)，因此，本土產(chǎn)業(yè)鏈在發(fā)展過程中，也要重視碳化硅器件技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。相奇指出，碳化硅晶圓的200mm時代已經(jīng)來臨、溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)創(chuàng)新受到高度關(guān)注，萬伏千安智能電網(wǎng)需要超高壓器件，界面質(zhì)量導(dǎo)致遷移率低期待技術(shù)突破，器件設(shè)計和制造生態(tài)系統(tǒng)呼之欲出。

                                                                                  扎根中國集成電路產(chǎn)業(yè)“第三極”，芯粵能蓄勢待發(fā)

談及國內(nèi)碳化硅器件設(shè)計和制造生態(tài)系統(tǒng)，廣州南沙應(yīng)該板上有名。近期，廣州南沙舉行第二季度重大項目集中簽約暨芯粵能碳化硅芯片制造項目主體工程封頂活動。芯粵能碳化硅芯片制造項目的落地，填補(bǔ)南沙寬禁帶半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈中的“制造”環(huán)節(jié)。

目前，廣州南沙集成電路產(chǎn)業(yè)園已初步形成覆蓋寬禁帶半導(dǎo)體設(shè)計、制造、封測、材料全產(chǎn)業(yè)鏈的完整生態(tài)，推動南沙新區(qū)成為國內(nèi)首個實現(xiàn)寬禁帶半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈布局的地區(qū)。

作為國內(nèi)最大的面向車規(guī)級和工控領(lǐng)域碳化硅芯片制造和研發(fā)企業(yè)，芯粵能投資建設(shè)的面向車規(guī)級和工控領(lǐng)域碳化硅芯片制造項目被列為廣東“強(qiáng)芯工程”重大項目，也分別被廣東省、廣州市和南沙區(qū)列為重點建設(shè)項目，是目前國內(nèi)唯一一家專注于車規(guī)級、具備規(guī)?；a(chǎn)業(yè)聚集及全產(chǎn)業(yè)鏈配套能力的碳化硅芯片制造項目，產(chǎn)品主要應(yīng)用于新能源汽車、充電樁、工業(yè)電源、智能電網(wǎng)以及光伏發(fā)電等領(lǐng)域。

從芯粵能項目規(guī)劃來看，項目總投資額為75億元，建成年產(chǎn)24萬片6英寸和24萬片8英寸碳化硅晶圓芯片的生產(chǎn)能力，預(yù)計2023年5月底正式投產(chǎn)。

扎根于南沙車規(guī)級寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地，芯粵能正蓄勢待發(fā)，隨著產(chǎn)業(yè)項目的穩(wěn)步推進(jìn)落地，未來與產(chǎn)業(yè)鏈共同構(gòu)建粵港澳大灣區(qū)碳化硅產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，助力廣東打造成中國集成電路產(chǎn)業(yè)“第三極”。

聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)發(fā)僅為更大范圍傳播，若有異議請聯(lián)系我們修改或刪除：zhangkai@cgbtek.com