01 什么是第三代半導體?
第三代半導體以碳化硅以及氮化鎵為代表,則可應用在更高階的高壓功率元件以及高頻通訊元件領域。主要應用:高溫、高頻、抗輻射、大功率器件;藍、綠、紫光二極管、半導體激光器 更優(yōu)的電子遷移率、帶隙、擊穿電壓、高頻、高溫特性。
02 第三代半導體分類
碳化硅以及氮化鎵雖然同為第三代半導體材料,但應用略有不同,氮化鎵主要用在中壓領域約600伏特的產(chǎn)品,一部分會與硅材料的市場重疊,但氮化鎵有很好的移動性,適用在頻率高的產(chǎn)品,此特性在基地臺、5G等高速產(chǎn)品就會很有優(yōu)勢;
而碳化硅則可以用在更高壓,如上千伏的產(chǎn)品,包括電動車用、高鐵或工業(yè)用途,具有很好的耐高溫以及高壓特性。
也因如此,以碳化硅晶圓為例,市場更看好其在車用市場的應用,包括充電樁、新能源車以及馬達驅(qū)動等領域。
03 碳化硅材料市場現(xiàn)狀
目前SiC晶片(包括照明用SiC)市場主要由美、歐、日主導,其中Cree在2018年占比超過62%,加上II-VI、Si-Crystal后市場份額達到90%,所以目前,美、歐、日廠商在全球碳化硅產(chǎn)業(yè)中較為領先,其中美國廠商占據(jù)主導地位。并非說國內(nèi)彎道超車,人家也玩得很好。
04 碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈
在制程上,大部分設備不傳統(tǒng)硅生產(chǎn)線相同,但由亍碳化硅具有硬度高等特性,需要一些特殊的生產(chǎn)設備,如高溫離子注入機、碳膜濺射儀、量產(chǎn)型高溫退火爐等,其中是否具備高溫離子注入機是衡量碳化硅生產(chǎn)線的一個重要標準。SiC器件價值鏈可分為襯底——外延——晶囿——器件,其中襯底所占的成本最高為50%。主要原因單晶生長緩慢丏品質(zhì)丌夠穩(wěn)定,并且這也使得是SiC價格高,沒有得到廣泛的推廣。半導電型SiC襯底以n型襯底為主,主要用亍外延GaN基LED等光電子器件、SiC基電力電子器件等,半絕緣型SiC襯底主要用亍外延制造GaN高功率射頻器件。
所以在尋找相關(guān)設備廠商的時候,應該多關(guān)注具備襯底生產(chǎn)能力以及具有高位離子注入機的企業(yè)。因為生產(chǎn)一片碳化硅晶圓并不難,困難的是要怎么從一片到一百片、一千片的量產(chǎn)能力。
05 碳化硅產(chǎn)業(yè)規(guī)模
據(jù)市調(diào)機構(gòu)Yole Developpement表示,碳化硅晶圓到2023年時市場規(guī)??蛇_15億美金,年復合成長率逾31%;而用在通訊元件領域,到2023年市場也可達13億美金,年復合成長率則可達23%,商機受矚。燃油車轉(zhuǎn)向電勱車,功率半導體用量劇增。汽車應用是功率半導體市場增長最快的細分斱向。除此之外,充電站、充電樁需求也將提升。歐盟CO2排放標準、中國新基建將給新能源市場中的光伏、風力帶來新的增量。
06 國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
單晶襯底方面,國內(nèi)襯底以4英寸為主,目前,已經(jīng)開發(fā)出了6英寸導電性SiC襯底和高純半絕緣SiC襯底。據(jù)CASA數(shù)據(jù),山東天岳、天科合達、河北同光、中科節(jié)能均已完成6英寸襯底的研發(fā),中電科裝備研制出6英寸半絕緣襯底。器件/模塊/IDM方面,我國在碳化硅器件設計方面有所欠缺,還沒有廠商涉及于此。但是在模塊、器件制造環(huán)節(jié)我國已出現(xiàn)了一批優(yōu)秀的企業(yè),包括三安集成、海威華芯、泰科天潤、中車時代、世紀金光、芯光潤澤、深圳基本、國揚電子、士蘭微、揚杰科技、瞻芯電子、天津中環(huán)、江蘇華功、大連芯冠、聚力成半導體等。其中三安集成 2018年12月,三安光電子公司廈門三安集成電路宣布推出6英寸SiC晶圓代工制程。商業(yè)版本的6英寸SiC晶圓制造技術(shù)的全部工藝鑒定試驗已完成并加入到三安集成電路的代工服務組合中。所以第三代半導體當中,三安光電可謂是領導型廠商。
07 碳化硅產(chǎn)業(yè)企業(yè)匯總
碳化硅半導體產(chǎn)業(yè)鏈主要包括高純粉料、單晶襯底、外延片、功率器件、模塊封 裝和終端應用等環(huán)節(jié)。
襯底企業(yè)
天科合達
北京天科合達半導體股份有限公司于2006年9月由新疆天富集團、中國科學院物理研究所共同設立,是一家專業(yè)從事第三代半導體碳化硅(SiC)晶片研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)。公司為全球SiC晶片的主要生產(chǎn)商之一。
總部公司設在北京市大興區(qū)生物醫(yī)藥基地,擁有一個研發(fā)中心和一個集晶體生長-晶體加工-晶片加工-清洗檢測的全套碳化硅晶片生產(chǎn)基地;全資子公司—新疆天科合達藍光半導體有限公司位于新疆石河子市,主要進行碳化硅晶體生長。
山東天岳
山東天岳公司成立于2010年11月,是以碳化硅半導體襯底材料為主的高新技術(shù)企業(yè)。公司投資建成了第三代半導體材料產(chǎn)業(yè)化基地,具備研發(fā)、生產(chǎn)國際先進水平的半導體襯底材料的軟硬件條件,是我國第三代半導體襯底材料行業(yè)的先進企業(yè)。
河北同光晶體
河北同光晶體有限公司成立于2012年,位于保定市高新技術(shù)開發(fā)區(qū),主要從事第三代半導體材料碳化硅襯底的研發(fā)和生產(chǎn)。公司主要產(chǎn)品包括4英寸和6英寸導電型、半絕緣碳化硅襯底,其中4英寸襯底已達到世界先進水平。目前,公司已建成完整的碳化硅襯底生產(chǎn)線,是國內(nèi)著名的碳化硅襯底生產(chǎn)企業(yè)。
中科集團2所
中科集團二所成立于1962年,是專業(yè)從事電子先進制造技術(shù)研究和電子專用設備研發(fā)制造的國家級研究所。目前,二所已形成以液晶顯示器件生產(chǎn)設備、半導體及集成電路制造設備、特種工藝設備為主的電子專用設備和以太陽能多晶硅片、三代半導體SiC單晶拋光片為主的半導體材料兩大業(yè)務方向,能夠為用戶提供工藝和設備的系統(tǒng)集成服務。
外延片企業(yè)
東莞天域半導體
天域成立于2009年,是中國第一家從事碳化硅 (SiC) 外延晶片市場營銷、研發(fā)和制造的私營企業(yè)。2010年,天域與中國科學院半導體研究所合作,共同創(chuàng)建了碳化硅研究所。
廈門瀚天天成
瀚天天成電子科技(廈門)有限公司成立于2011年3月,是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售碳化硅外延晶片的中美合資高新技術(shù)企業(yè),已形成3英寸、4英寸以及6英寸的完整碳化硅半導體外延晶片生產(chǎn)線,并滿足600V、1200V、1700V器件制作的需求。
器件/模組企業(yè)
泰科天潤
泰科天潤是中國第三代半導體碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)化倡導者,并擁有目前國內(nèi)唯一碳化硅器件生產(chǎn)線。作為國內(nèi)唯一一家碳化硅研發(fā)生產(chǎn)和平臺服務型公司,泰科天潤核心產(chǎn)品以碳化硅肖特基二極管為代表,其中600V/5A~50A,1200V/5A~50A和1700V/10A等系列的碳化硅肖特基二極管產(chǎn)品已經(jīng)投入批量生產(chǎn)。
嘉興斯達
嘉興斯達半導體股份有限公司成立于2005年4月,是一家專業(yè)從事功率半導體芯片和模塊尤其是IGBT芯片和模塊研發(fā)、生產(chǎn)和銷售服務的國家級高新技術(shù)企業(yè)。總部位于浙江嘉興,在上海和歐洲均設有子公司,并在國內(nèi)和歐洲設有研發(fā)中心,是目前國內(nèi)IGBT領域的領軍企業(yè)。公司主要產(chǎn)品為功率半導體元器件,包括IGBT、MOSFET、IPM、FRD、SiC等等。
中車時代電氣
株洲中車時代電氣股份有限公司是中國中車旗下股份制企業(yè),其前身及母公司——中車株洲電力機車研究所有限公司創(chuàng)立于1959年。
2017年12月,中車時代電氣總投資3.5億元人民幣的6英寸碳化硅產(chǎn)業(yè)基地技術(shù)調(diào)試成功,2018年1月首批芯片試制成功。這是國內(nèi)首條6英寸碳化硅生產(chǎn)線,獲得了國家“02專項 ”、國家發(fā)改委新材料專項等國家重點項目支持,是中車時代電氣的重點投資項目之一,實現(xiàn)碳化硅二極管和MOSFET芯片工藝流程整合,成功試制1200V碳化硅肖特基二極管功率芯片。
揚杰科技
揚州揚杰電子科技股份有限公司成立于2006年8月2日。2014年1月,公司在深交所創(chuàng)業(yè)板掛牌上市。公司集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體,專業(yè)致力于功率半導體芯片及器件制造、集成電路封裝測試等領域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
公司主營產(chǎn)品為各類電力電子器件芯片、功率二極管、整流橋、大功率模塊、DFN/QFN產(chǎn)品、SGT MOS及碳化硅SBD、碳化硅JBS等,產(chǎn)品廣泛應用于消費類電子、安防、工控、汽車電子、新能源等諸多領域。