起底第三代半导体

本文来自微信公众号：阿尔法工场研究院（ID：alpworks），作者：概念爱好者，题图来自：视觉中国

随着第三代半导体要被纳入“十四五”计划，现在市场对于第三代半导体可谓是关注度极高，那么究竟国内第三代半导体的情况如何，我整理了下手中的一些材料，今天和大家一起分享下其中的碳化硅，我想这对于接下来参与是有价值的。

一、什么是第三代半导体？

第三代半导体以碳化硅以及氮化镓为代表，可应用在更高阶的高压功率元件以及高频通讯元件领域。主要应用：高温、高频、抗辐射、大功率器件；蓝、绿、紫光二极管、半导体激光器、更优的电子迁移率、带隙、击穿电压、高频、高温特性。 

二、第三代半导体分类

碳化硅以及氮化镓虽然同为第三代半导体材料，但应用略有不同，氮化镓主要用在中压领域约600伏特的产品，一部分会与硅材料的市场重叠，但氮化镓有很好的移动性，适用在频率高的产品，此特性在基地台、5G等高速产品就会很有优势；

而碳化硅则可以用在更高压，如上千伏的产品，包括电动车、高铁或工业用途，具有很好的耐高温以及高压特性。

也因如此，以碳化硅晶圆为例，市场更看好其在车用市场的应用，包括充电桩、新能源车以及马达驱动等领域。

三、碳化硅材料市场现状

目前SiC晶片（包括照明用SiC）市场主要由美、欧、日主导，其中Cree在2018年占比超过62%，加上II-VI、Si-Crystal后市场份额达到90%，所以目前，美、欧、日厂商在全球碳化硅产业中较为领先，其中美国厂商占据主导地位。并非说国内弯道超车，人家也玩得很好。

四、碳化硅产业链

在制程上，大部分设备与传统硅生产线相同，但由于碳化硅具有硬度高等特性，需要一些特殊的生产设备，如高温离子注入机、碳膜溅射仪、量产型高温退火炉等，其中是否具备高温离子注入机是衡量碳化硅生产线的一个重要标准。

SiC器件价值链可分为衬底——外延——晶圆——器件，其中衬底所占的成本最高为50%。主要原因单晶生长缓慢，品质不够稳定，并且这也使得SiC价格高，没能得到广泛地推广。半导电型SiC衬底以n型衬底为主，主要用于外延GaN基LED等光电子器件、SiC基电力电子器件等，半绝缘型SiC衬底主要用于外延制造GaN高功率射频器件。

所以在寻找相关设备厂商的时候，应该多关注具备衬底生产能力以及具有高位离子注入机的企业。因为生产一片碳化硅晶圆并不难，困难的是要怎么从一片到一百片、一千片的量产能力。

五、碳化硅产业规模

据市调机构Yole Developpement，碳化硅晶圆到2023年时市场规模可达15亿美金，年复合成长率逾31%；而用在通讯元件领域，到2023年市场也可达13亿美金，年复合成长率则可达23%，商机受瞩。燃油车转向电动车，功率半导体用量剧增。汽车应用是功率半导体市场增长最快的细分方向。除此之外，充电站、充电桩需求也将提升。欧盟CO2排放标准、中国新基建将给新能源市场中的光伏、风力带来新的增量。

六、国内碳化硅产业现状

单晶衬底方面，国内衬底以4英寸为主，目前，已经开发出了6英寸导电性SiC衬底和高纯半绝缘SiC衬底。据CASA数据，山东天岳、天科合达、河北同光、中科节能均已完成6英寸衬底的研发，中电科装备研制出6英寸半绝缘衬底。器件/模块/IDM方面，我国在碳化硅器件设计方面有所欠缺，还没有厂商涉及于此。

但是在模块、器件制造环节我国已出现了一批优秀的企业，包括三安集成、海威华芯、泰科天润、中车时代、世纪金光、芯光润泽、深圳基本、国扬电子、士兰微、扬杰科技、瞻芯电子、天津中环、江苏华功、大连芯冠、聚力成半导体等。

七、总结

碳化硅主要应用在功率半导体上，因此IDM模式能够确保产品良率、控制成本，这意味着将主要采取IDM模式，这对于国内厂商摆脱对海外的依赖会有很大的帮助。同时，先发优势是半导体行业的特点，Cree高市占率也印证了先发优势的重要性。相较于Si，国产厂商对SiC研究起步时间与国外厂商相差不是太多，因此国产厂商有希望追上国外厂商，完成国产替代。 

本文来自微信公众号：阿尔法工场研究院（ID：alpworks），作者：概念爱好者