據媒體報道，12月16日中德第三代半導體材料聯合研究院項目簽約落戶西安。該項目技術可以以較高成功率穩(wěn)定產出4英寸和6英寸SiC單晶晶圓，未來發(fā)展方向為大尺寸SiC單晶制備批量生產成熟技術和前沿半導體技術。

 

　　第三代半導體材料項目漸次落地

 

　　就在不久前，浙江省首個第三代半導體材料項目落戶寧波，華大半導體完成寬禁帶半導體材料項目簽約，總投資10.5億元，計劃年產8萬片4-6吋碳化硅襯底及外延片、碳化硅基氮化鎵外延片，產品可廣泛應用于5G通訊、新能源汽車、軌道交通、智能電網等領域。

 

　　2019年9月，中科鋼研碳化硅項目總部基地落戶上海，賦能第三代半導體材料，力爭用3到5年時間，將與其戰(zhàn)略合作伙伴聯合創(chuàng)設的國宏中宇，建設成以上?？偛炕貫楹诵?，以碳化硅半導體材料為代表，聚集第三代半導體材料及其應用技術與產品的高新技術企業(yè)集團。

 

　　2019年8月，華為通過哈勃投資入股山東天岳，并獲10%股份。山東天岳核心產品為第三代半導體材料碳化硅。據公司官網介紹，碳化硅被稱為是第三代半導體的核心材料，具有耐高壓、耐高頻等突出特點。此次投資或表明華為對于第三代半導體材料前景的認可。

 

　　碳化硅是最接近大規(guī)模商業(yè)化的第三代半導體材料

 

　　自半導體誕生以來，半導體材料便不斷升級。第一代半導體材料主要是指硅（Si）、鍺元素（Ge）半導體材料，其在集成電路、電腦、手機、航空航天、各類軍事工程等領域中都得到了極為廣泛的應用。

 

　　第二代半導體材料主要指化合物半導體材料（如砷化鎵）、三元化合物半導體（如GaAsAl）、玻璃半導體（如非晶硅）等，主要用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及發(fā)光器件的優(yōu)良材料。

 

　　與第一代和第二代半導體材料相比，第三代半導體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導率、更大的電子飽和度以及更高的抗輻射能力。

 

　　碳化硅（SiC）屬于第三代半導體材料，也是目前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導體材料，世界各國對SiC的研究非常重視，紛紛投入大量的人力物力積極發(fā)展，美國、歐洲、日本等不僅從國家層面上制定了相應的研究規(guī)劃，而且一些國際電子業(yè)巨頭也都投入巨資發(fā)展碳化硅半導體器件。

 

　　產業(yè)鏈歐美占據關鍵位置 我國亦有諸多布局

 

　　SiC生產過程分為SiC單晶生長、外延層生長及器件制造三大步驟，對應的是產業(yè)鏈襯底、外延、器件與模組三大環(huán)節(jié)。

 

　　全球SiC產業(yè)格局呈現美國、歐洲、日本三足鼎立態(tài)勢。其中美國全球獨大，全球SiC產量的70%-80%來自美國公司。歐洲則擁有完整的SiC襯底、外延、器件以及應用產業(yè)鏈，日本是設備和模塊開發(fā)方面的絕對領先者。

 

　　我國企業(yè)在SiC方面也多有布局，但大部分處于早期研發(fā)階段，行業(yè)體量較小。SiC襯底方面，天科合達、山東天岳、同光晶體等均能供應3英寸-6英寸的單晶襯底；SiC外延片方面，廈門瀚天天成與東莞天域生產3英寸-6英寸SiC外延片；代工方面，三安光電旗下三安集成于2018年12月宣布推出國內第一家6英寸SiC晶圓代工制程，且全部工藝鑒定試驗已完成。

 

　　SiC器件正廣泛應用于電力電子領域中，作為制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一，SiC成為實現新能源汽車最佳性能的理想選擇。目前SiC器件在新能源汽車上的應用主要是功率控制單元、逆變器、DC-DC轉換器、車載充電器等。

 

　　相比于IGBT，SiC是更為先進的做控制器的電力電子芯片。雖然成本是IGBT的8-10倍，但SiC可以大幅度提高電機轉速從而提升電機比功率，在做到高頻率和高效率的同時，體積還非常小，約比IGBT小70-80%。此外，SiC還具有高頻率但損耗低的優(yōu)勢，從而將新能源車效率再提高10%左右。這就意味著，電動車續(xù)航里程得到提升的同時，電池成本有可能大幅下降。

 

　　豐田曾經公開表示，SiC具有與汽油發(fā)動機同等的重要性。從上世紀80年代開始，豐田就在研究SiC，比國際同行提前30年。特斯拉為追求行駛里程僅5%的提升，不惜以貴幾倍的代價在業(yè)界率先全面采用SiC替代IGBT，Model3的控制器就是利用的SiC材料。比亞迪也宣布將在2023年全方位采用SiC替代，預計在2025年全面用SiC取代IGBT。

 

　　根據Yole預測，2017-2023年，SiC功率器件市場將以每年31%的復合增長率增長，2023年將超過15億美元；而SiC行業(yè)龍頭Cree則表現得更為樂觀，其預計到2022年，SiC在電動車用市場空間將快速成長到24億美元，是2017年車用SiC整體收入（700萬美元）的342倍。

 

　　多家公司已布局第三代半導體材料

 

　　露笑科技：公司今年11月與中科鋼研、國宏中宇簽署碳化硅項目戰(zhàn)略合作協議，將為國宏中宇主導的碳化硅產業(yè)化項目定制約200臺碳化硅長晶爐，設備總采購金額約3億元。8月公司全資子公司露笑藍寶石與國宏中宇簽訂總金額 1.26億元的《碳化硅長晶成套設備定制合同》。

 

　　三安光電：主要從事化合物半導體材料的研發(fā)與應用，專注于碳化硅、砷化鎵、氮化鎵等半導體新材料及相關領域。今年3月，三安光電旗下三安集成電路與美的集團達成戰(zhàn)略合作，雙方共同成立第三代半導體聯合實驗室，將通過研發(fā)第三代半導體功率器件導入白色家電，推動產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。

 

　　海特高新：目前已完成包括砷化鎵、氮化鎵、碳化硅及磷化銦在內的6項工藝產品的開發(fā)，可支持制造功率放大器、混頻器、低噪音放大器、開關、光電探測器、激光器、電力電子等產品，產品廣泛應用于5G移動通信、人工智能、雷達、汽車電子等領域。截止目前公司部分產品已實現量產，服務客戶數和訂單持續(xù)增加。