碳化硅功率器件具備優(yōu)越的耐高壓、耐高溫、低損耗等特性，解決了傳統(tǒng)硅基器件難以滿足的性能需求，受到市場廣泛歡迎。在過去1年多的時間里，國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了快速發(fā)展。
6月5-7日，寬禁帶聯(lián)盟主辦的2024寬禁帶半導(dǎo)體先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用發(fā)展高峰論壇上，專家提到2023年我國碳化硅襯底材料折合6英寸晶圓，出貨已達(dá)89.4萬片，相比2022年猛增297.9%。據(jù)估算，我國2023年的碳化硅襯底產(chǎn)能已占到全球產(chǎn)能的42%，預(yù)計到2026年我國碳化硅襯底產(chǎn)能將達(dá)全球產(chǎn)能的50%。與此同時，國內(nèi)碳化硅的外延、晶圓、器件等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)也在同步提升，今明兩年將是國產(chǎn)碳化硅降本增效、打開需求空間、取得快速發(fā)展的關(guān)鍵時點(diǎn)。
國產(chǎn)碳化硅發(fā)展加速
受益于在新能源汽車、光伏發(fā)電、儲能等應(yīng)用領(lǐng)域的滲透，碳化硅整體市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，特別是碳化硅襯底材料領(lǐng)域取得顯著發(fā)展。根據(jù)中國電科46所集團(tuán)首席專家，中國電子材料行業(yè)協(xié)會半導(dǎo)體材料分會秘書長林健的介紹，碳化硅作為重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料具有重要戰(zhàn)略意義，是當(dāng)前世界各國科技競爭的焦點(diǎn)之一。從產(chǎn)品供應(yīng)方面來看，2023年全球碳化硅材料市場規(guī)模約為14億美元，比2022年增長17%，預(yù)計到2027年將達(dá)到53億美元。
從全球碳化硅材料市場來看，Wolfspeed、Coherent、羅姆等仍然占據(jù)產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)地位。但是近年來我國碳化硅材料市場同樣十分火爆。據(jù)SMIA的統(tǒng)計，目前國內(nèi)從事碳化硅材料研究生產(chǎn)的單位已達(dá)100余家，規(guī)劃產(chǎn)能襯底900多萬片/年。2023年我國碳化硅襯底材料出貨89.4萬片（折合6英寸），比2022年的30萬片增長297.9%，銷售收入36.5億元，同比增長221.2%。
從企業(yè)角度來看，天科合達(dá)、山西爍科、山東天岳、河北同光、廣州南沙、晶盛機(jī)電等襯底廠商均已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)（或小批量生產(chǎn)）。天科合達(dá)常務(wù)副總經(jīng)理彭同華強(qiáng)調(diào)，碳化硅行業(yè)襯底行業(yè)，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)趨于與國外企業(yè)并跑。
碳化硅其他產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)的增長也很快。外延方面，東莞天域、廈門瀚天天成、三安光電、河北普興及中電化合物等外延廠商均已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)出貨，2023年外延產(chǎn)能達(dá)400多萬片/年。晶圓、器件方面，泰科天潤、揚(yáng)杰科技、天科合達(dá)、同光股份、東尼電子、連城數(shù)控、重慶三安等企業(yè)相繼簽約碳化硅功率器件/模塊項(xiàng)目，國內(nèi)碳化硅企業(yè)市場占有率正快速提升。
光伏、新能源、儲能同步拉動
碳化硅產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展離不開下游應(yīng)用的強(qiáng)力拉動。林健指出，在應(yīng)用范圍上，碳化硅在1kHz-10kHz的中高頻段，以及大于1000kW的中高功率范圍，有著很強(qiáng)的競爭力。北方華創(chuàng)化合物半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展部總經(jīng)理李仕群也表示，隨著碳化硅功率半導(dǎo)體在新能源汽車、光伏、儲能等領(lǐng)域滲透率不斷提升，碳化硅功率半導(dǎo)體市場規(guī)模有望持續(xù)提升。根據(jù)行家說Research的預(yù)測，碳化硅功率半導(dǎo)體滲透率逐年提升，2023年功率半導(dǎo)體市場容量323億美元，硅仍是市場主流，占比90%以上。碳化硅市場容量21.12億美元，滲透率約6.53%。但隨著碳化硅成本不斷下降，預(yù)計2028年功率半導(dǎo)體整體市場容量達(dá)431億美元，其中碳化硅將達(dá)到80.09億美元，滲透率約18.58%。
具體來看，目前碳化硅在EV/HEV上主要應(yīng)用在包括電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)逆變器、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載DC/DC）、電動汽車車載充電系統(tǒng)（OBC）及非車載充電樁等方面。傳統(tǒng)汽車向新能源汽車轉(zhuǎn)型是必然趨勢，未來10年，新能源汽車在政策強(qiáng)制驅(qū)動、市場接力驅(qū)動下，會逐步取代傳統(tǒng)汽車市場份額。根據(jù)全國乘聯(lián)會數(shù)據(jù)，2023年全球汽車銷量8918萬臺，其中新能源汽車1428萬臺，新能源汽車滲透率達(dá)到22%；中國2023年銷量887萬臺，占比全球62.1%，繼續(xù)大幅超越歐洲和北美洲的銷量。預(yù)計到2027年全球新能源汽車銷量將達(dá)到3448萬輛，碳化硅滲透率70%以上，折合6英寸碳化硅需求量724萬片，中國新能源汽車銷量達(dá)到2000萬輛，折合6英寸需求量420萬片。
在光伏逆變器方面，碳化硅器件在惡劣環(huán)境中比硅基IGBT更加耐用，使用碳化碳器件，設(shè)備的循環(huán)壽命可提升50倍；轉(zhuǎn)換效率可從96%提升到99%以上；同規(guī)格下，碳化硅MOSFET能量損耗能夠減少66%。因此，未來5年內(nèi)，碳化硅功率器件將更為廣泛地應(yīng)用于光伏市場，碳化硅逆變器的年復(fù)合增長率達(dá)39%以上。
在儲能行業(yè)，隨著國家能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型步伐不斷加快，新能源在電力系統(tǒng)中的占比逐步提高，風(fēng)電、光伏等新能源的波動性、間歇性和隨機(jī)性給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)。在此背景下，新型儲能將在中國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、提升可再生能源比例中發(fā)揮關(guān)鍵作用。碳化硅具有廣闊的市場空間。
進(jìn)一步完善構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)
中國是全球最大的光伏與新能源汽車市場。中國光伏裝機(jī)量已經(jīng)連續(xù)11年全球第一，全球占比達(dá)到55%。中國也是全球新能源汽車銷售的最大驅(qū)動力，2023年約占全球銷量的62%。但是目前國內(nèi)光伏、新能源汽車等領(lǐng)域所使用的碳化硅產(chǎn)品，包括用于OBC、DC/DC、主驅(qū)逆變器等領(lǐng)域，仍以國外器件為主，國產(chǎn)碳化硅仍處于追趕狀態(tài)。
對此，天科合達(dá)常務(wù)副總經(jīng)理彭同華強(qiáng)調(diào)，要想推動國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，追趕國際大廠的步伐，需要構(gòu)建更加完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。碳化硅從材料到器件的制造過程經(jīng)歷單晶生長、晶錠切片、外延生長、晶圓設(shè)計、制造、封裝等工藝流程。構(gòu)建更加完善的碳化硅產(chǎn)業(yè)生態(tài)，需要從多個維度進(jìn)行戰(zhàn)略布局。目前國內(nèi)碳化硅襯底技術(shù)與質(zhì)量趨于成熟，需聚焦于進(jìn)一步降低位錯密度，以及各項(xiàng)質(zhì)量參數(shù)的分布收斂性控制。下一步碳化硅將朝著更大尺寸、更快生長速度、更厚晶體、更少加工損耗方向發(fā)展。今后需要進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈布局，加強(qiáng)上下游企業(yè)間的合作與協(xié)同，形成從原材料供應(yīng)、生產(chǎn)加工到應(yīng)用推廣的完整產(chǎn)業(yè)鏈條，以拓展應(yīng)用領(lǐng)域，提升市場競爭力。
此外，碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還應(yīng)注重人才培養(yǎng)和引進(jìn)，建立一支高素質(zhì)的碳化硅產(chǎn)業(yè)人才隊(duì)伍。在政策層面，則應(yīng)加大對碳化硅產(chǎn)業(yè)的扶持力度，建立健全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。林健強(qiáng)調(diào)，目前我國已經(jīng)把大力支持發(fā)展第三代寬禁帶功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)寫入國家“十四五”規(guī)劃和2035中長期發(fā)展規(guī)劃中，計劃在教育、科研、開發(fā)、融資、應(yīng)用等方面，大力支持第三代寬禁帶功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
*聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個人觀點(diǎn)，寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟轉(zhuǎn)載僅為了傳達(dá)一種不同的觀點(diǎn)，不代表本聯(lián)盟對該觀點(diǎn)贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系我們。
