被視作前沿產(chǎn)業(yè)的第三代半導(dǎo)體，近年來投資熱度持續(xù)升溫，儼然成為業(yè)界、資本界和各地政府寵兒。
與此同時(shí)，海內(nèi)外龍頭企業(yè)也即將迎來資本市場的檢驗(yàn)。9月初，國內(nèi)領(lǐng)先的第三代半導(dǎo)體材料商山東天岳（天岳先進(jìn)）首發(fā)過會(huì)，不久將正式登陸科創(chuàng)板；大洋彼岸，全球領(lǐng)頭羊Cree（已更名為Wolfspeed）則從納斯達(dá)克交易所轉(zhuǎn)場，于10月4日登陸紐交所。
多位業(yè)內(nèi)人士和分析人士向財(cái)聯(lián)社記者表示，受益于電動(dòng)汽車等下游市場的可觀需求，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已處于爆發(fā)前夜。
物理性能適配電動(dòng)汽車 SiC器件未來5年CAGR近4成
第三代半導(dǎo)體，指的是以SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）為代表的寬禁帶化合物半導(dǎo)體。和Si（硅）相比，SiC和GaN在禁帶寬度、熱導(dǎo)率等物理特性上具備明顯優(yōu)勢，故而更適用于高壓、高溫和高頻場景，主要在新能源汽車、光伏、5G基站和快充等領(lǐng)域發(fā)揮所長。
目前主要的第三代半導(dǎo)體器件包括應(yīng)用于射頻領(lǐng)域的GaN器件、應(yīng)用于電力電子功率領(lǐng)域的SiC器件及GaN-on-Si器件等，其中又以SiC功率器件的未來空間最廣。
TrendForce集邦咨詢分析師告訴記者，2020年SiC功率器件的市場規(guī)模約6.8億美元，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到33.9億美元，年復(fù)合增長率為38%。
在下游市場方面，SiC功率器件最主要的增長驅(qū)動(dòng)力來自新能源汽車，占比在6成左右。車上應(yīng)用包括主區(qū)逆變器、車載充電器（OBC）和直流變壓器（DC-DC）等。對(duì)于電動(dòng)汽車而言，SiC器件的吸引力不?。号c硅基IGBT相比，采用SiC的逆變器重量更輕、電池的續(xù)航能力更強(qiáng)、充電效率更高，與電動(dòng)汽車追求輕量化和長續(xù)航十分契合。
業(yè)界自然頗為關(guān)注SiC的“上車”進(jìn)展。2018年，特斯拉率先在Model 3中采用全SiC逆變器，就引發(fā)了不小轟動(dòng)；國內(nèi)方面，去年比亞迪也將SiC MOSFET首次用在了在“漢”系列上；今年以來，包括蔚來、江淮、吉利等越來越多的車廠相繼宣布采用SiC器件。功率器件商英飛凌于近日表示，目前已有超過20家整車廠和Tier1的客戶正在驗(yàn)證其SiC產(chǎn)品。
一組以特斯拉為例的計(jì)算可以直觀說明潛在的供需缺口：據(jù)估計(jì)，每兩輛特斯拉Model 3就需要一片6英寸的SiC晶圓，按照100萬輛的產(chǎn)能計(jì)算，每年需要50萬片SiC晶圓片。而2020年全球6英寸SiC晶圓產(chǎn)量約為40-60萬片，意味著僅特斯拉一家車企就能吃下全球現(xiàn)有的全部產(chǎn)能。
這也給了產(chǎn)業(yè)鏈龍頭，尤其是材料商們大步擴(kuò)產(chǎn)的動(dòng)力：占據(jù)最多份額的Cree在2019年宣布五年內(nèi)投資10億美元，以便在2024年將產(chǎn)能提升30倍，8英寸SiC襯底也將在2022年量產(chǎn)；II-VI則表示將把6英寸SiC襯底的產(chǎn)能提升5至10倍，其中也包括量產(chǎn)8英寸襯底；此外，羅姆、昭和電工等也都接連公開大幅擴(kuò)產(chǎn)的計(jì)劃。
經(jīng)歷過此輪缺芯潮帶來的停產(chǎn)之痛，許多車廠亦開始提前布局，與上游密切綁定，成為第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的重要推手。
材料供給已現(xiàn)短缺 器件價(jià)格制約需求增長 襯底成降本關(guān)鍵
下游需求仍在逐步打開，而上游材料的供應(yīng)已經(jīng)吃緊。前述分析師向記者表示，目前第三代半導(dǎo)體的供應(yīng)鏈關(guān)鍵點(diǎn)落在了SiC襯底以及GaN外延片上。
“SiC襯底作為整個(gè)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心環(huán)節(jié)，其制程難度高、放量生產(chǎn)困難，主要被海外幾大廠商掌握，使得市場供應(yīng)量有所不足；而GaN外延片的批量供應(yīng)則主要被臺(tái)積電等幾大代工廠掌握，現(xiàn)階段消費(fèi)快充市場需求持續(xù)處于高位，使得頭部GaN功率設(shè)計(jì)廠商已經(jīng)占據(jù)絕大部分產(chǎn)能，其他廠商很難再拿到產(chǎn)能，而新進(jìn)的代工廠要達(dá)到‘成熟’的工藝能力，必須經(jīng)過一定的時(shí)間周期，所以供需形勢同樣不容樂觀。”該分析師指出。
頭部材料商們近來頻頻簽下供貨長單，未來產(chǎn)能被客戶提前鎖定。如全球最大的SiC外延片供應(yīng)商昭和電工，今年以來先后獲得來自英飛凌、羅姆和東芝的長約。Cree也早與英飛凌、意法半導(dǎo)體、安森美等中游企業(yè)簽訂長期供貨協(xié)議。
某國內(nèi)SiC功率器件設(shè)計(jì)公司的CEO告訴記者，目前Cree等海外龍頭的晶圓片已經(jīng)很難買到，“現(xiàn)在美國的大廠，只針對(duì)幾個(gè)大客戶給長年限的合同。小客戶去買，要么沒貨，要么交期很長。不過這對(duì)國內(nèi)上游材料企業(yè)來說，也是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。”
而具有軍用屬性的半絕緣型SiC襯底（用于制成GaN射頻器件）更是遭遇來自美國等《瓦森納協(xié)定》成員國的禁運(yùn)。貿(mào)易管控背景疊加國內(nèi)5G建設(shè)高峰，使得剛過會(huì)的山東天岳在2020年迎來營收倍增，在半絕緣領(lǐng)域的全球市占率也從2019年的18%大幅提升至30%。
供不應(yīng)求的另一面，是SiC仍有較大的降本空間。有產(chǎn)業(yè)鏈人士向記者表示，材料工藝進(jìn)步帶來的良率提升，就有望讓SiC價(jià)格下降1/3，而長遠(yuǎn)看，未來成本削減的上限或?yàn)楫?dāng)前價(jià)格的一半。
“SiC取代硅基IGBT的技術(shù)路線，特斯拉和比亞迪已經(jīng)給大家探過路了，肯定沒問題?，F(xiàn)在核心的矛盾是價(jià)格，真正愿意去用SiC器件的，還只是一部分車型。”《化合物半導(dǎo)體》中文版主編陸敏博士告訴記者，當(dāng)下SiC材料的價(jià)格大約是硅的60、70倍，制成的SiC SBD器件價(jià)格約是硅基器件的2-5倍，而SiC MOSFET器件大概在5-8倍。
“SiC價(jià)格基本上每年以10%-15%的幅度在降，但目前單晶襯底主流的制備方法PVT（物理氣相傳輸法）存在技術(shù)瓶頸，長期看成本減半即是上限，還是會(huì)比硅器件貴很多，”陸敏認(rèn)為，在有新的顛覆性制備工藝商業(yè)化應(yīng)用之前，SiC器件的增長極限是與硅基器件平分汽車市場。
產(chǎn)業(yè)界則流傳另一套算法：雖然在一輛車上采用SiC意味著增加200-300美元，但整車成本可以節(jié)省更多——包括600美元的電池成本、600美元的汽車空間成本以及1000美元散熱系統(tǒng)成本。
前述器件設(shè)計(jì)公司CEO也認(rèn)為，單個(gè)器件對(duì)比而言，SiC沒有價(jià)格優(yōu)勢，但從整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用角度去考慮，SiC的效益顯然更佳。不過，他同時(shí)承認(rèn)，“廠家從自身利益出發(fā)，現(xiàn)在還沒到全系統(tǒng)替換的時(shí)候，因而SiC的功效還不能完全發(fā)揮。”
盡管對(duì)“貴”的標(biāo)尺不統(tǒng)一，但削減成本、進(jìn)而釋放下游需求，已成產(chǎn)業(yè)鏈共識(shí)。據(jù)了解，目前上游材料成本占到器件成品的75%，其中襯底約占50%，外延約25%。
有業(yè)內(nèi)人士向記者表示，和襯底相比，外延技術(shù)難度并不大，而一些器件IDM商也正在向上游外延環(huán)節(jié)延伸，以達(dá)到削減成本的目的。因此真正的降本痛點(diǎn)落于襯底環(huán)節(jié)，這也是整個(gè)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上價(jià)值量最大、技術(shù)壁壘最高、國內(nèi)與國際水平差距最大的一環(huán)。
國內(nèi)襯底項(xiàng)目遍地開花 業(yè)內(nèi)人士：多數(shù)難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化
與傳統(tǒng)硅基IC的晶圓制造相比，第三代半導(dǎo)體投資周期短，固定資產(chǎn)投資相對(duì)較弱，更依賴于工藝和人，已吸引大量資本的涌入，相關(guān)項(xiàng)目呈遍地開花局勢。
據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)光是SiC襯底在建和已建成的項(xiàng)目就不下于30個(gè)，其中不乏三安光電、露笑科技等上市公司身影。項(xiàng)目總規(guī)劃投資額超過300億元人民幣，預(yù)計(jì)規(guī)劃產(chǎn)能超200萬片/年。
不過，中電科第四十六研究所首席專家王英民博士表示，目前國內(nèi)SiC襯底已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的僅有山西爍科、山東天岳、天科合達(dá)、河北同光4家公司，2020年國內(nèi)產(chǎn)量為11萬片左右。多位受訪人士認(rèn)為，國內(nèi)在襯底環(huán)節(jié)起步時(shí)間晚、技術(shù)和人才儲(chǔ)備弱，而大多跟風(fēng)新進(jìn)的參與者對(duì)材料性質(zhì)不熟，產(chǎn)業(yè)化前景并不樂觀。
