碳化硅（SiC）是一種應(yīng)用十分普遍的人造材料，因具有高硬度、耐高溫、耐磨、耐熱震、耐腐蝕、良好導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和吸收電磁波等特殊性能，除用作磨料外，在冶金、化工、陶瓷、航空航天等各工業(yè)部門均有廣泛應(yīng)用。碳化硅在新能源汽車上的應(yīng)用主要有充電模塊、車載充電機(jī)、壓縮機(jī)、變換器、電機(jī)驅(qū)動等部件。
在新能源汽車中，功率器件是電驅(qū)動系統(tǒng)的主要組成部分，對其效率、功率密度和可靠性起著主導(dǎo)作用。目前，新能源汽車電驅(qū)動部分主要就硅基功率器件組成。隨著電動汽車的發(fā)展，對電驅(qū)動的小型化和輕量化提出了更高的要求。
新能源汽車用功率器件需求量大
功率器件產(chǎn)品中，MOSFET和IGBT是汽車電子的核心。MOSFET產(chǎn)品是功率器件市場應(yīng)用最多的產(chǎn)品，占功率半導(dǎo)體分立器件市場的35．4％；IGBT是功率器件中增長最為迅速的產(chǎn)品，占總市場的25％，其作為新能源汽車必不可少的半導(dǎo)體器件，下游需求相當(dāng)強(qiáng)勁。
相比于傳統(tǒng)燃油車，新能源汽車功率器件使用量更大。據(jù)分析，在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車上，功率半導(dǎo)體裝機(jī)價值為71美元，占據(jù)車用半導(dǎo)體總價值的21％；而對于混合動力車，則在傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車基礎(chǔ)上新增的功率半導(dǎo)體價值為354美元，占據(jù)新增總價值的76％；在純電動車上，功率半導(dǎo)體價值為387美元，占據(jù)車用半導(dǎo)體總價值的55％。
新能源汽車的銷量迅速增長，下游市場需求可觀。在2007年，國內(nèi)新能源汽車的總生產(chǎn)量為2179輛，而在2017年，國內(nèi)生產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了819991輛，年復(fù)合增長率達(dá)到了驚人的93％，且同比增長均穩(wěn)定在50％以上。而新能源汽車銷量則從2011年的15736輛增長到了2018年的6185699萬輛，增長了392倍。
充電樁是新能源汽車必不可少的配套設(shè)備，充電樁用功率器件主要是MOSFET芯片和IGBT芯片。據(jù)悉，到2020年國內(nèi)充換電站數(shù)量將達(dá)到1．2萬個，充電樁達(dá)到450萬個。
SiC晶圓供不應(yīng)求，國際大廠紛紛加碼
火爆的市場需求驅(qū)動著SiC晶圓廠商紛紛加碼。2019年年初，科銳（Cree）剝離照明業(yè)務(wù)，專注于化合物半導(dǎo)體射頻和功率應(yīng)用市場，以滿足5G通信和新能源汽車的市場需求，同年宣布斥資10億美元，擴(kuò)大碳化硅產(chǎn)能。 近年來，日本昭和電工已三度進(jìn)行了碳化硅晶圓的擴(kuò)產(chǎn)，羅姆也宣布在2026年3月以前投資600億日圓（約5．6億美元），讓SiC功率半導(dǎo)體產(chǎn)能提高16倍。德國X－Fab、臺灣環(huán)球晶、嘉晶、漢磊也都斥資新建碳化硅生產(chǎn)線。
為了強(qiáng)化關(guān)鍵半導(dǎo)體材料的自制率，2019年ST完成了對瑞典SiC晶圓制造商N(yùn)orstel的整體收購，SK Siltron也宣布，以4．5億美元收購美國杜邦的碳化硅晶圓業(yè)務(wù)。
值得一提的是，由于SiC的技術(shù)、資金門檻都很高，且目前單晶生長緩慢、品質(zhì)不夠穩(wěn)定，導(dǎo)致生產(chǎn)出的SiC晶圓良率不高、成本相對高，新入局的SiC晶圓廠商普遍處于虧損狀態(tài)。
美國、日本、歐洲在SiC領(lǐng)域起步早，6英寸碳化硅襯底已經(jīng)量產(chǎn)，8英寸已研制成功，僅Cree一家便占據(jù)了SiC襯底市場約40％份額。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士表示，國內(nèi)SiC襯底廠商主要天科合達(dá)、河北同光、山東天岳、中科節(jié)能等，產(chǎn)品以4英寸為主，6英寸尚處在攻關(guān)階段，質(zhì)量相對薄弱。在外延方面，國內(nèi)廠商主要有東莞天域、瀚天天成等，部分公司已能提供4、6英寸碳化硅外延片，針對1700V及以下的器件用的外延片已比較成熟，但對于高質(zhì)量厚外延的量產(chǎn)技術(shù)主要還是國外的Cree、昭和電工等少數(shù)企業(yè)具備。
國產(chǎn)功率半導(dǎo)體突破曙光初現(xiàn)
IGBT是新能源汽車電機(jī)控制系統(tǒng)和充電樁的核心器件，新能源汽車市場的增長必將帶動功率半導(dǎo)體的發(fā)展。我國雖是全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)國，半導(dǎo)體市場需求占全球市場約40％，但各類半導(dǎo)體器件和芯片的國產(chǎn)率卻很低。
大陸地區(qū)功率半導(dǎo)體企業(yè)的產(chǎn)品主要集中在中低端領(lǐng)域，各類功率半導(dǎo)體器件和功率IC的國產(chǎn)化率不足50％，進(jìn)口可替代空間巨大。目前國內(nèi)在主流的第三代半導(dǎo)體材料為碳化硅與氮化硅領(lǐng)域積極布局，前者多用于高壓場合如智能電網(wǎng)、軌道交通等；后者則在高頻領(lǐng)域如5G通信領(lǐng)域有更大的應(yīng)用。
在碳化硅方面，國內(nèi)公司已經(jīng)逐步形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，可以生產(chǎn)新一代的碳化硅功率半導(dǎo)體；在氮化鎵材料方面，國際市場也處于起步研究階段，市場格局尚不明朗，但國內(nèi)諸多高等院校、研究機(jī)構(gòu)、公司廠商已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，擁有諸多的專利技術(shù)。
根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，截止2018年底，全球氮化鎵專利擁有數(shù)量最多的是科瑞、東芝這些國際廠商，但中國企業(yè)也已占據(jù)一席之地。
