近日,，英飛凌與GT Advanced Technologies（GTAT）已經(jīng)簽署碳化硅（SiC）晶棒供貨協(xié)議,，合同預(yù)期五年。英飛凌此舉無疑是看到了SiC廣闊的市場規(guī)模,，據(jù)Yole預(yù)測,，SiC市場規(guī)模在2021年將上漲到5.5億美金，這期間的復(fù)合年均增長率預(yù)計將達(dá)19%,。其實不止英飛凌,，其他SiC廠商如ST、博世、羅姆等也都看好SiC的穩(wěn)步需求,，開始緊鑼密鼓的點(diǎn)兵布陣,，他們或多方收購，或強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合,，貌似誰也不想在SiC這個飛速發(fā)展的市場中落下,。在SiC廣闊的市場需求下，得SiC晶圓者得天下,，顯然,，SiC晶圓爭奪戰(zhàn)已然打響！

　　車廠逐漸導(dǎo)入,，SiC晶圓供不應(yīng)求

　　今年6月底,，美國工程材料和光電元件領(lǐng)先企業(yè)II-VI宣布與通用電氣（GE）簽署合作協(xié)議，通用電氣授權(quán)II-VI利用其專利技術(shù)進(jìn)入碳化硅功率器件和模塊制造領(lǐng)域,。這意味著碳化硅革命應(yīng)在電動車市場開啟燎原之勢,。

　　這兩年，由于SiC獨(dú)有的優(yōu)良特性,，車廠陸續(xù)開始導(dǎo)入SiC器件,，這對SiC晶圓的需求量是巨大的。在此需要科普一下,，碳化硅功率器件生產(chǎn)過程主要包括碳化硅單晶生產(chǎn),、外延層生產(chǎn)、器件制造三大步驟,，分別對應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈的晶圓襯底,、外延片、器件和模組三大環(huán)節(jié),。碳化硅上游產(chǎn)品為晶圓襯底,。

　　早期用例，特斯拉已經(jīng)將意法半導(dǎo)體的基于SiC MOSFET的功率模塊集成到Model 3逆變器中,。Model 3具有一個主逆變器,，該逆變器需要24個電源模塊，每個電源模塊均基于兩個碳化硅MOSFET裸片,，每輛汽車總共有48個SiC MOSFET裸片,。這些MOSFET由位于意大利卡塔尼亞的意法半導(dǎo)體晶圓廠制造。除此之外,，其他包括OBC,、一輛車附2個一般充電器、快充電樁等,，都可以放上SiC,，只是SiC久缺而未快速導(dǎo)入。

　　特斯拉Model 3逆變器內(nèi)部細(xì)節(jié)（RWD車型）PCB全景

　　另外，早在2014年5月,，豐田汽車宣布通過使用SiC功率半導(dǎo)體,，將混合動力汽車的燃油效率提高10％（在日本國土交通省的JC08測試周期下），并減少了汽車的使用,。與僅含Si功率半導(dǎo)體的當(dāng)前PCU相比,，功率控制單元（PCU）的尺寸縮小了80％。但由于SiC晶圓（基板）不足,，豐田還未采用。

　　據(jù)GaN世界的報道,，按照這個估算若循續(xù)漸進(jìn)采用SiC后,，該換的都換上SiC，平均2輛Tesla的純電動車就需要一片6英寸SiC晶圓,。當(dāng)然,，這算法未得到Tesla官方證實。

　　業(yè)者分析,，單從Tesla可創(chuàng)造的需求來看,，2020年如果不是COVID-19（新冠肺炎）帶來銷售及生產(chǎn)等多重變量，Tesla第1季宣稱6月底美國工廠Model 3及Model Y的年產(chǎn)能將達(dá)50萬輛,，上海廠（Gigafactory 3）計劃年底產(chǎn)能50萬輛,，使其總產(chǎn)能規(guī)模近100萬輛，也就是說,，Tesla一年平均約要50萬片6英寸SiC,。而目前全球SiC硅晶圓總年產(chǎn)能約在40萬~60萬片，如此就消耗掉全球當(dāng)下SiC總產(chǎn)能,。

　　即使在COVID-19及中美貿(mào)易戰(zhàn)的緊張關(guān)系下,，汽車產(chǎn)業(yè)銷售受波及最明顯，然而SiC晶圓生產(chǎn)大廠的布局絲毫不減,，這都是對SiC在車用市場發(fā)展?jié)摿Τ终婵捶ǖ谋憩F(xiàn),。

　　國際大廠爭先恐后加碼擴(kuò)產(chǎn)

　　據(jù)統(tǒng)計顯示，目前全球生產(chǎn)碳化硅晶圓的廠商包括 CREE,、英飛凌,、羅姆半導(dǎo)體旗下 SiCrystal、II-IV,、Norstel,、新日鐵住金及道康寧 （Dow Corning）等。還有一些新進(jìn)者,，如韓國的SK Siltron通稿收購杜邦（Dupont）SiC晶圓部門正在對該行業(yè)進(jìn)行投資,；Soitec也宣布與應(yīng)用材料聯(lián)合開發(fā)下一代碳化硅襯底的開發(fā)計劃。

　　其中，CREE市占率高達(dá)6成之多,，幾乎獨(dú)霸市場,。Cree早在1991年就發(fā)布了全球首款商用SiC晶圓，并分別于2002年及2011年發(fā)布全球首款SiC JBS肖特基二極管及SiCMOS,，2016年引領(lǐng)行業(yè)進(jìn)入6英寸SiC晶圓時代,。

　　2019年9月，Cree宣布計劃2019-2024年投資7.2億美元將SiC材料及晶圓產(chǎn)能擴(kuò)充30倍,，包括建造一座車規(guī)級8英寸功率及射頻晶圓工廠,，以及擴(kuò)產(chǎn)超級材料工廠，計劃2022年量產(chǎn),，完全達(dá)產(chǎn)后器件能夠滿足550萬輛BEV需求,，襯底能夠滿足2200萬BEV需求。今年 5 月Cree更宣布,，看好 5G 與電動車后市需求,，將在未來5年內(nèi)，斥資10億美元用于擴(kuò)大SiC碳化硅產(chǎn)能,，在公司美國總部北卡羅萊納州達(dá)勒姆市建造一座采用最先進(jìn)技術(shù)的自動化200mm SiC碳化硅生產(chǎn)工廠和一座材料超級工廠,。

　　2020年10月，Cree以高達(dá)3億美元的價格出售了其LED產(chǎn)品部門給SMART Global Holdings,，決定ALL in 碳化硅,。Cree的產(chǎn)能已被下游大客戶買斷，主要客戶包括ST,、英飛凌,、安森美。

　　需要指出,，意法半導(dǎo)體在（ST）不僅簽署了超5億美元的SiC晶圓購買合同,，同時也在今年2月份以1.375億美元現(xiàn)金收購了瑞典SiC晶圓制造商N(yùn)orstel AB，Norstel生產(chǎn)150mmSiC裸晶圓和外延晶圓,。意法半導(dǎo)體表示,，交易完成后，它將在全球產(chǎn)能受限的情況下控制部分SiC器件的整個供應(yīng)鏈,。另據(jù)EE Times消息,，不久前，意法半導(dǎo)體在其意大利卡塔尼亞工廠概述了大力發(fā)展碳化硅（SiC）業(yè)務(wù),，并將其作為戰(zhàn)略和收入的關(guān)鍵部分的計劃,。

　　另外一個SiC晶圓廠羅姆對SiC的關(guān)注和布局就相對較早了，早在2009年Rohm收購了SiC晶圓供應(yīng)商SiCrystal,，隨后在2010年推出首批批量生產(chǎn)的SiC肖特基二極管和MOSFET,，2012年批量生產(chǎn)全SiC模塊,，2017年交付了6英寸SBD。SiCrystal是羅姆成為ST意法半導(dǎo)體之外最大的SiC元件大廠的主要原因,，2020年初SiCrystal與ST簽署了1.2億美元的供貨大單,。SiCrystal也是中國SiC設(shè)計公司最多采購的供應(yīng)商。

　　英飛凌公司布局碳化硅領(lǐng)域已超過30年,。英飛凌的碳化硅材料主要采取外購的方式,。2018年，英飛凌收購了碳化硅晶圓切割領(lǐng)域的新銳公司-Siltectra,。Siltectra稱其相比傳統(tǒng)工藝將提高90%的生產(chǎn)效率,。此次與GT Advanced Technologies簽約之后，“GTAT的優(yōu)質(zhì)碳化硅晶棒將為當(dāng)前和未來滿足一流標(biāo)準(zhǔn)的有競爭力的碳化硅晶圓提供額外來源,。這為我們雄心勃勃的碳化硅增長計劃提供有力支持,，充分利用我們現(xiàn)有的內(nèi)部技術(shù)和薄晶圓制造的核心競爭力?！庇w凌工業(yè)功率控制事業(yè)部總裁Peter Wawer表示。

　　II-VI也計劃將150毫米（6英寸）碳化硅材料的產(chǎn)能擴(kuò)大5-10倍,，同時擴(kuò)大差異化200毫米材料技術(shù)的批量生產(chǎn),，以滿足未來五年預(yù)期的不斷增長的需求。

　　日本昭和電工也多次發(fā)表了產(chǎn)能擴(kuò)充聲明,。昭和電工 SiC 晶圓月產(chǎn)能 2018年4月從 3000 片提高至 5000 片 （第 1 次增產(chǎn)）,，且將在2019年 9 月進(jìn)一步提高至 7000 片 （第 2 次增產(chǎn)），而進(jìn)行第 3 度增產(chǎn)投資后,，將在 2019 年 2 月擴(kuò)增至 9000 片的水準(zhǔn),、達(dá)現(xiàn)行 （5000 片） 的1.8倍。

　　在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中,，由于制造端設(shè)備成本最高,，廠商必須考慮資本投入后的成本回收，因此如果沒有看到終端需求有維持5年以上潛力,，業(yè)者一般不會貿(mào)然擴(kuò)產(chǎn),。而這些大廠的擴(kuò)產(chǎn)也無疑證明了對SiC晶圓的看好。

　　國內(nèi)SiC晶圓襯底緩緩起步

　　來到國內(nèi),，目前國內(nèi)出貨量比較大或者比較知名的晶圓襯底企業(yè)有天科合達(dá),、山東天岳、河北同光,、東莞天域,、河北普興、中科鋼研,、中電科二所和南砂晶圓等等,。根據(jù)半導(dǎo)體時代產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)中心出具的《2020年中國第三代半導(dǎo)體碳化硅晶片行業(yè)分析報告》數(shù)據(jù)顯示：2020上半年全球半導(dǎo)體SiC晶片市場份額,，美國CREE出貨量占據(jù)全球45%，日本羅姆子公司SiCrystal占據(jù)20%,，II-VI占13%,；中國企業(yè)天科合達(dá)的市場占有率由2019年3%上升至2020年5.3%，山東天岳占比為2.6%,。

　　數(shù)據(jù)來源：半導(dǎo)體時代產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)中心

　　北京天科合達(dá)主要生產(chǎn)2-6英寸SiC襯底片,。2020年8月，天科合達(dá)的第三代半導(dǎo)體碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)項目項目在北京市大興區(qū)順利開工,，總投資約9.5億元人民幣,，總建筑面積5.5萬平方米，新建一條400臺/套碳化硅單晶生長爐及其配套切,、磨,、拋加工設(shè)備的碳化硅襯底生產(chǎn)線，項目計劃于2022年年初完工投產(chǎn),，建成后可年產(chǎn)碳化硅襯底12萬片,。

　　華為哈勃投資的山東天岳公司成立于 2011 年 12 月，公司自主開發(fā)了全新的高純半絕緣襯底材料,，目前量產(chǎn)產(chǎn)品以 4 英寸為主,，此外其 4H 導(dǎo)電型碳化硅襯底材料產(chǎn)品主要有 2 英寸、3 英寸,、4 英寸及 6 英寸,。山東天岳還獨(dú)立自主開發(fā)了 6 英寸 N 型碳化硅襯底材料。公司已經(jīng)實現(xiàn)寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅材料產(chǎn)業(yè)化,，技術(shù)水平達(dá)到國際領(lǐng)先,。

　　廈門瀚天天成目前可提供標(biāo)準(zhǔn)的3英寸、4英寸和6英寸碳化硅外延晶片,，用于肖特基二極管（SBD）,、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）、結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）和雙極結(jié)型晶體管（BJT）的制作,。2012年3月9日,，公司宣布開始接受商業(yè)化碳化硅半導(dǎo)體外延晶片訂單，正式向國內(nèi)外市場供應(yīng)產(chǎn)業(yè)化3英寸和4英寸碳化硅半導(dǎo)體外延晶片,。2014年4月,，公司接受商業(yè)化6英寸碳化硅外延晶片訂單，正式向國內(nèi)外市場供應(yīng)商業(yè)化6英寸碳化硅外延晶片,。

　　東莞天域主要提供4-6英寸外延片,，據(jù)公司官網(wǎng)介紹，天域（TYSiC）成立于2009年,，是中國第一家從事碳化硅外延晶片市場營銷,、研發(fā)和制造的私營企業(yè),。2010年，天域與中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所合作,，共同創(chuàng)建了碳化硅研究所,，該研究所由該領(lǐng)域最優(yōu)秀的人才組成。天域是中國第一家碳化硅半導(dǎo)體材料供應(yīng)鏈的企業(yè)獲得汽車質(zhì)量認(rèn)證（IATF 16949）,。

　　三安光電這幾年也從LED芯片向高階化合物半導(dǎo)體擴(kuò)展延伸,，2020年8月19日，三安光電宣布收購北電新材料公司,，北電新材于2019年擬投資約5.8億元在福建安溪縣湖頭鎮(zhèn)橫山村建設(shè)碳化硅襯底生產(chǎn)項目,，項目主要從事碳化硅襯底的生產(chǎn)，項目規(guī)劃年產(chǎn)能3.6萬片,。2020年7月20日,，長沙三安投資160億元用于第三代半導(dǎo)體項目，主要研發(fā),、生產(chǎn)及銷售6英寸SiC導(dǎo)電襯底,、4英寸半絕緣襯底、SiC二極管外延,、SiC MOSFET外延,、SiC二極管外延芯片、SiC MOSFET芯片,、碳化硅器件封裝二極管,、碳化硅器件封裝MOSFET,。

　　中電化合物半導(dǎo)體有限公司是一家由中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)下屬公司—華大半導(dǎo)體有限公司主導(dǎo)投資的,，致力于開發(fā)、生產(chǎn)寬禁帶半導(dǎo)體材料的高科技公司,，成立于2019年11月,。

　　中電化合物半導(dǎo)體已在杭州灣新區(qū)數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園建成含百級超凈車間現(xiàn)材料生產(chǎn)線，正式向國內(nèi)外市場供應(yīng)商業(yè)化4-8英寸SiC和GaN材料,。截至2020年12月,，公司從6英寸晶體、襯底到外延已通線,，6英寸sic外延等產(chǎn)品已通過客戶驗證,。

　　露笑科技新建碳化硅襯底片產(chǎn)業(yè)化項目，引進(jìn)具有國際先進(jìn)水平的6英寸導(dǎo)電晶體生長爐,、4英寸高純半絕緣晶體生長爐等設(shè)備,。去年11月，露笑科技與中科鋼研,、國宏中宇簽訂戰(zhàn)略協(xié)議,，與其共同研發(fā)適用于中科鋼研工藝技術(shù)要求的4英寸,、6英寸、8英寸乃至更大尺寸級別的碳化硅長晶設(shè)備,。

　　另外,，中鴻新晶在濟(jì)南投資的第三代半導(dǎo)體項目，一期就包括6-8英寸碳化硅單晶生產(chǎn),、加工,、碳化硅外延生產(chǎn)線各2條。

　　據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析指出,，總體來看,，在SiC襯底方面，國外主流產(chǎn)品已經(jīng)完成從4寸向6寸的轉(zhuǎn)化,，并且已經(jīng)成功研發(fā)8英寸SiC襯底片,。而國內(nèi)SiC襯底片市場現(xiàn)在以4英寸為主，6英寸目前還在研發(fā)過程中,，產(chǎn)品的成品率相對較低,。要知道SiC器件成本高的一大原因就是襯底貴，目前,，襯底成本大約是加工晶片的50%,，外延片是25%，器件晶圓生產(chǎn)環(huán)節(jié)20%,，封裝測試環(huán)節(jié)5%,。SiC襯底不止貴，生產(chǎn)工藝還復(fù)雜,，與硅相比,，碳化硅很難處理、研磨和鋸切，挑戰(zhàn)非常大。所以大多數(shù)企業(yè)都是從Cree,、羅姆或第三方供應(yīng)商那里購買襯底。

　　結(jié)語

　　國際大廠起步早,，還不斷加速在SiC領(lǐng)域的布局，一方面將推動碳化硅材料的市場滲透率加速,，另一方面也加速搶占碳化硅晶片市場份額,。對此，我國迫切需要加快發(fā)展步伐,，但國內(nèi)本土SiC廠家與國外同行相比,，雖然仍有一定差距，但還是很有希望可以迎頭趕上,，追趕的過程還是有盼頭的,。