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近期國內(nèi)外多家企業(yè)紛紛布局碳化硅產(chǎn)業(yè)，引起業(yè)內(nèi)強(qiáng)烈關(guān)注。合盛硅業(yè)控股子公司寧波合盛新材已成功研發(fā)碳化硅半導(dǎo)體材料并具備量產(chǎn)能力；揚(yáng)杰科技計(jì)劃在江蘇揚(yáng)州建設(shè)6英寸碳化硅晶圓生產(chǎn)線；SK集團(tuán)宣布其位于釜山的新工廠將投入批量生產(chǎn)；德國晶圓代工廠X-Fab計(jì)劃投資2億美元提高碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)量。
但與此形成巨大反差的是，不久前特斯拉首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克宣布特斯拉下一代電動(dòng)車將大幅削減75%的碳化硅用量。
碳化硅應(yīng)用市場究竟前景如何，剛剛起步的國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)化之路該如何走?
市場前景廣闊
“碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料擁有良好的發(fā)展前景，新能源汽車是其核心驅(qū)動(dòng)力，其次為光伏及工控領(lǐng)域的器件應(yīng)用。”時(shí)代伯樂投資總監(jiān)朱斌斌指出。
“和第一代以硅為主、第二代以砷化鎵為主的半導(dǎo)體材料相比，碳化硅具有禁帶寬度大、飽和電子遷移率高、導(dǎo)熱性能等優(yōu)勢，特別適合于做大功率、耐高溫、耐高壓的半導(dǎo)體器件。”中國科學(xué)院物理研究所研究員陳小龍說。
市場分析機(jī)構(gòu)Yole預(yù)計(jì)，全球碳化硅功率器件市場將從2021年的10.90億美元增長至2027年的62.97億美元，年復(fù)合增長率達(dá)34%。集邦咨詢則預(yù)計(jì)2026年車用碳化硅器件市場將達(dá)到39.4億美元。
國際大廠對(duì)碳化硅未來的前景也一片樂觀。比如德國半導(dǎo)體大廠英飛凌就表示：“現(xiàn)在的新車只要能用碳化硅的地方，便不會(huì)再用傳統(tǒng)功率器件。”
成本和產(chǎn)量是瓶頸
既然業(yè)內(nèi)普遍看好碳化硅市場，那為何特斯拉要棄“碳”而行?
3月初，埃隆·馬斯克在投資者大會(huì)上宣布：未來要削減特斯拉75%的碳化硅用量。而當(dāng)年正是特斯拉率先在Model 3主驅(qū)的逆變器上使用碳化硅，一手開辟了碳化硅“上車”的先河。
業(yè)內(nèi)分析，特斯拉之所以棄“碳”而行，可能是出于成本、產(chǎn)能等多方位考量做出的無奈選擇。有消息人士分析，此舉與其碳化硅供應(yīng)商有很大關(guān)系，也有人認(rèn)為電動(dòng)汽車巨頭擔(dān)心碳化硅良品率低和供應(yīng)能力不足。
碳化硅單晶制備一直是全球性難題，晶體生長工藝的穩(wěn)定性難以保證。碳化硅整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈大致上可以分成襯底、外延、器件3類廠商，然而在這一環(huán)接一環(huán)的生產(chǎn)程序上，目前每個(gè)環(huán)節(jié)的良品率都不是很高，生產(chǎn)的襯底很難合格，導(dǎo)致最終的器件成本極高，同時(shí)性能也不穩(wěn)定，產(chǎn)量難以保證。
新能源汽車對(duì)碳化硅的需求量很大，而供應(yīng)又遲遲跟不上車企產(chǎn)能擴(kuò)張的節(jié)奏。有國內(nèi)碳化硅頭部廠商表示：“我們目前沒有多余碳化硅產(chǎn)能外供，雖然特斯拉喊出‘減碳’，但實(shí)際上碳化硅的使用量在逐年增加并沒有減少，市場需求強(qiáng)勁。”
江西新能源科技職業(yè)學(xué)院新能源汽車技術(shù)研究院院長張翔也表示：“相較于傳統(tǒng)硅材料，碳化硅材料性質(zhì)更匹配高壓平臺(tái)，具備耐壓能力強(qiáng)、效率高、體積小等優(yōu)勢，當(dāng)前仍是新能源車電驅(qū)動(dòng)方案的最優(yōu)選擇。”
由此可見，減用碳化硅只是新能源汽車企業(yè)出于精打細(xì)算的綜合抉擇，并不是改弦更張、另起爐灶。
國產(chǎn)化加速推進(jìn)
碳化硅應(yīng)用前景廣闊，國內(nèi)企業(yè)也看準(zhǔn)了這個(gè)賽道。“但是碳化硅晶體生長極其困難，20世紀(jì)90年代只有少數(shù)發(fā)達(dá)國家掌握晶體生長和加工技術(shù)，我國碳化硅技術(shù)起步相對(duì)較晚，目前國內(nèi)企業(yè)正在碳化硅領(lǐng)域奮起直追。”陳小龍說。
集邦咨詢化合物半導(dǎo)體分析師龔瑞驕介紹說，以6英寸碳化硅襯底為例，國內(nèi)良品率大概有40%，海外有60%～70%。另外，碳化硅半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管分為平面類和溝槽類，在同等條件下，溝槽類更具備成本和性能優(yōu)勢，但國內(nèi)企業(yè)需要跨過巨大的專利鴻溝。
業(yè)內(nèi)人士指出，當(dāng)前碳化硅的下游需求依舊旺盛，特別是車用級(jí)碳化硅襯底產(chǎn)能仍偏緊，國內(nèi)業(yè)界對(duì)于碳化硅國產(chǎn)替代的呼聲非常高。國家也意識(shí)到了這個(gè)問題，在《“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中提出，將加速推動(dòng)以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體新材料新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，催生一批高速成長的新材料企業(yè)。更值得注意的是，目前已有要對(duì)中國禁售碳化硅等產(chǎn)業(yè)高精尖設(shè)備的跡象，所以碳化硅國產(chǎn)化之路勢在必行。
現(xiàn)在業(yè)內(nèi)已經(jīng)紛紛行動(dòng)起來，布局碳化硅產(chǎn)業(yè)，加入碳化硅的國產(chǎn)化隊(duì)伍。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2022年國內(nèi)新立項(xiàng)、簽約的碳化硅項(xiàng)目投資額超過476億元，而2018年這個(gè)數(shù)字還只有50億元。
業(yè)內(nèi)人士指出，隨著未來兩三年產(chǎn)能密集釋放，國內(nèi)碳化硅市場供需將會(huì)趨于平衡，成本將加速下降。屆時(shí)，國內(nèi)碳化硅中低端產(chǎn)品的市場競爭或?qū)⒏蛹ち?，業(yè)內(nèi)需要在技術(shù)突破上重點(diǎn)發(fā)力，實(shí)現(xiàn)彎道超車和自主可控，縮小與國際巨頭的差距，爭取在碳化硅高端市場分得一杯羹。
