走向規(guī)?；慨a(chǎn)，未來5年進(jìn)入高速發(fā)展期

作為寬禁帶半導(dǎo)體材料，碳化硅、氮化鎵具有許多優(yōu)異的特性，如更高的功率轉(zhuǎn)換效率、更高的工作頻率、更小的芯片面積、單個器件更好的耐壓特性等。而在5G基站、電源轉(zhuǎn)換、雷達(dá)探測、航空航天、電動汽車、光伏逆變等新興應(yīng)用的推動下，第三代半導(dǎo)體開始從研發(fā)階段走向大規(guī)模量產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用進(jìn)入快速發(fā)展期。

第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長于坤山在接受集微網(wǎng)采訪時表示：“未來5年將是第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個高速時期，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用將迎來快速發(fā)展。目前全球的資本加速進(jìn)入第三代半導(dǎo)體材料、器件領(lǐng)域，相應(yīng)的產(chǎn)能大幅提升，特別是國際上的一些龍頭企業(yè)，擴(kuò)產(chǎn)和企業(yè)并購頻發(fā)，處于產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的搶跑階段?！?/strong>

根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，碳化硅功率器件市場規(guī)模將從2018年的4億美元增加到2024年的50億美元，年復(fù)合增速約51%；碳化硅襯底材料市場規(guī)模將從2018年的1.21億美元增長到2024年的11億美元，復(fù)合增速達(dá)44%；全球氮化鎵功率器件市場將從2020年的4600萬美元增加到2026年的11億美元，年復(fù)合增速約 70%。

而在前不久召開的第十五屆中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會半導(dǎo)體分立器件年會上，中國電子科技集團(tuán)公司原副總經(jīng)理、研究員趙正平也認(rèn)為，經(jīng)過20多年發(fā)展，寬禁帶半導(dǎo)體SiC/GaN已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高速期。但要走向產(chǎn)業(yè)廣泛應(yīng)用，SiC器件仍需不斷降低成本，推進(jìn)大尺寸量產(chǎn)是重要發(fā)展方向；另外，器件的性能、可靠性、抗浪涌能力等也需提高才能滿足大規(guī)模廣泛使用需求。

趙正平同時指出，由于產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)用慣了硅器件，在向SiC的遷移上存在著固有的惰性，因此，器件設(shè)計生產(chǎn)領(lǐng)域和應(yīng)用領(lǐng)域需加強(qiáng)結(jié)合，在新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、驅(qū)動電路和抑制寄生效應(yīng)等方面要創(chuàng)造良好的生態(tài)。

產(chǎn)能提升，成本逐年下降

正如上所述，目前制約第三代半導(dǎo)體走向廣泛產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的一個主要因素是價格。復(fù)雜的制造工藝流程和更高的原材料、技術(shù)要求提高了第三代半導(dǎo)體的量產(chǎn)難度，進(jìn)一步抬高了成本。與硅器件相比，碳化硅、氮化鎵在價格上仍然處在高位，但這一狀況正在改變。

因國際巨頭在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的加碼投資，隨著碳化硅6英寸襯底、外延片質(zhì)量提高、8英寸產(chǎn)線實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，降本效應(yīng)將逐漸顯現(xiàn)。

2019年5月，美國CREE公司宣布5年內(nèi)將投資10億美元用于擴(kuò)大碳化硅產(chǎn)能（其中4.5億美元用于8英寸量產(chǎn)），到2024年全部完工時將帶來碳化硅晶圓制造產(chǎn)能的30倍增長和碳化硅材料生產(chǎn)的30倍增長。

2021年7月27日，意法半導(dǎo)體宣布，已制造出業(yè)界首批8英寸SiC晶圓。與6英寸晶圓相比，8英寸晶圓將制造芯片的可用面積幾乎擴(kuò)大一倍，合格芯片產(chǎn)量是6英寸晶圓的1.8-1.9倍，產(chǎn)能將大幅提高。

前不久，英飛凌大中華區(qū)電源與感測系統(tǒng)事業(yè)部協(xié)理陳志星亦表示，三至五年后英飛凌有機(jī)會把碳化硅、氮化鎵成本降到跟硅基器件相仿的程度。目前，英飛凌已推出Cool SiC、Cool GaN系列產(chǎn)品線，并實現(xiàn)量產(chǎn)。

數(shù)據(jù)來源：Mouser、Digi-Key、CASA Research

藍(lán)海前景下，國內(nèi)廠商須避免陷入紅海價格戰(zhàn)

相較之下，雖然國內(nèi)在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的投資與建廠非常火熱，但在技術(shù)上與國外仍然存在明顯差距。

于坤山指出，“在碳化硅材料上，國內(nèi)面臨著襯底、外延及芯片封裝等一些關(guān)鍵瓶頸技術(shù)，尤其是襯底是卡脖子技術(shù)。國內(nèi)碳化硅4英寸技術(shù)已成熟，6英寸剛剛起步，急需加速6英寸襯底和外延材料的產(chǎn)業(yè)化，而從6英寸到8英寸，國內(nèi)還面臨一大門檻?！?/strong>

數(shù)據(jù)來源：CASA Research

顯見的是，隨著CREE、英飛凌、意法半導(dǎo)體、羅姆等國際龍頭企業(yè)紛紛實現(xiàn)產(chǎn)能擴(kuò)建以及8英寸晶圓逐漸走向量產(chǎn)，可以預(yù)計明年將有大規(guī)模的產(chǎn)能釋放。

為此，于坤山發(fā)出警示:“8英寸（碳化硅）的制造成本比6英寸將大幅降低，未來面臨著嚴(yán)酷的市場競爭，最后有可能掀起價格戰(zhàn)。如果國內(nèi)不能盡快地實現(xiàn)碳化硅8英寸技術(shù)的突破，那將意味著我們在國際競爭中將處于不利的地位。同樣，氮化鎵要想打開電力電子與微波射頻領(lǐng)域的應(yīng)用市場，面臨的挑戰(zhàn)依然是量產(chǎn)和降低成本?！?/span>

“理論上，從6英寸到8英寸碳化硅器件價格肯定會降低，但是降低的幅度取決于具體的產(chǎn)量和市場的總體需求。” 愛集微高級分析師朱航歐對此表示。

北京三安光電有限公司副總經(jīng)理陳東坡指出：“目前來看，8英寸還有很多問題需要解決，由于成熟度的原因，當(dāng)下性價比還沒有明顯顯現(xiàn)出來。不過，8英寸晶圓的成功制造給國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界帶來信心，說明實踐上是可行的，也會加速國內(nèi)在這一方面的投入?！?/strong>

但不可否認(rèn)，隨著未來成本下降，不管是價格上還是技術(shù)上，國內(nèi)廠商面臨的競爭將更加激烈。

陳東坡指出，“目前國內(nèi)廠商的應(yīng)對之道，首先要把6英寸做好，同時盡快啟動8英寸的研發(fā)與建廠工作。”

朱航歐認(rèn)為，“目前產(chǎn)量的上升會讓更多企業(yè)有機(jī)會去試用，碳化硅器件應(yīng)用進(jìn)程會得到加速。國內(nèi)企業(yè)只有提升產(chǎn)品質(zhì)量，加速研發(fā)進(jìn)程，才能在這一波角逐中更好的生存下去。”

在以硅為代表的第一代半導(dǎo)體發(fā)展歷程中，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)走了不少彎路，導(dǎo)致現(xiàn)在處處被卡脖子。而第三代半導(dǎo)體的出現(xiàn)為國內(nèi)提供了一個后來居上的發(fā)展機(jī)會，有望成為我國半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)崛起的新突破口。鑒于此，在產(chǎn)業(yè)鏈布局與建設(shè)方面更需吸取以往的經(jīng)驗和教訓(xùn)，注重產(chǎn)品質(zhì)量和關(guān)鍵技術(shù)水平的提升，充分了解市場及產(chǎn)業(yè)整體需求，實行有序擴(kuò)產(chǎn)，避免低端重復(fù)建設(shè)，以應(yīng)對國際龍頭企業(yè)在技術(shù)和價格上的競爭壓力。