近两年，SiC市场愈发受到市场重视，包括汽车、太阳能、储能等应用领域纷纷加大碳化硅应用。

鉴于SiC材料的优越特性，行业客户对SiC发展前景充满信心，全球主要的SiC厂商如英飞凌、ST和安森美等都在大举扩产建能，国内碳化硅项目也如火如荼开展。仅从2023年12月初到2024年1月中旬的一个多月时间，就有十多个SiC相关项目迎来新进展。近期又有三个碳化硅相关项目迎来新动态。

2月1日，嘉兴国家高新区SiC半桥模块制造项目签约仪式举行。该项目由浙江晶能微电子有限公司与星驱技术团队共同出资设立，重点布局车规SiC半桥模块。项目总投资约10亿元，规划建设年产90万套SiC半桥模块制造生产线及相关配套。

近期，浙江嘉兴平湖市政府公示了“年产90万片功率模块、45万片PCBA板和20万台电机控制器”建设项目规划批前公告。

据披露，该项目建设单位为臻驱科技全资子公司——臻驱半导体（嘉兴）有限公司（以下简称臻驱半导体），臻驱半导体拟投约资6.45亿元建造厂房用于生产及研发等，项目建筑面积4.58万平米。

近日，位于厦门火炬高新区的三优光电产业园项目取得竣工验收备案证明书。

据了解，三优光电产业园项目总投资约2.5亿元，总建筑面积约4.74万平米，项目除整合公司现有产线之外，还将新建5G承载网设备光电器件、1200V以上SiC系列产品、传感激光光源、MEMS芯片封测等产线的设计研发中心，以及相关配套基础设施。


碳化硅热度不减

有专家预测：以SiC材料为代表的第3代半导体材料及器件产业，将是继风能、太阳能之后又一新兴的大产业。

SiC半导体潜在应用领域较为广泛，对新能源汽车、轨道交通、智能电网等领域都具有潜在的应用前景。随着下游行业对半导体功率器件轻量化、高转换效率、低发热特性需求的持续增加，SiC在功率器件中取代Si成为行业发展的必然。

新能源产业，特别是新能源汽车的蓬勃发展，带动碳化硅市场走热。除此以外，参与到能源的生产与分配，包括EV、储能、UPS、充电桩等领域的碳化硅市场开始供不应求。”集邦咨询分析师龚瑞骄分析道。

在整个碳化硅的投资中，8英寸是当前重点布局的方向，碳化硅推广的重点在于降本，而8英寸的产品则可以有效实现这一目标。

“8英寸碳化硅，被认为是碳化硅的黄金赛道，相较6英寸有很多的优势，特别是成本方面。”烁科晶体总经理助理马康夫表示，8英寸的边缘损耗更小，尺寸越大晶片的利用面积更大。据wolfspeed统计，未来通过产量的提升，规模效益的提升，以及自动化效益的提升，8英寸相对6英寸成本会降低63%。

还有厂商表示，目前硅基器件厂的8寸产品比较成熟，因此他们更愿意接受8英寸碳化硅衬底。

国产企业突破单晶制备难题

在新能源汽车、工业互联、5G通信、消费电子等多重需求强力拉动下，以碳化硅为代表的第三代半导体产业迅猛发展。中国电科高度重视第三代半导体产业布局，集聚全国50多家产学研用优势单位，牵头组建国家第三代半导体技术创新中心，完成从材料、装备、工艺到器件、模块、应用的体系化布局，推动第三代半导体产业创新能力整体跃升。

隆冬时节，中国电科（山西）碳化硅材料产业基地生产车间紧张忙碌，一排排3米高碳化硅单晶生长设备表面平静，里面2000℃以上的高温中，正进行着惊人的化学反应——一个个碳化硅晶锭正在快速生长。

“碳化硅单晶制备是全球性难题，而高稳定的晶体生长则是其中最核心的一环。”技术专家表示，深耕碳化硅材料和大尺寸单晶研发“赛道”，团队自研碳化硅单晶生长炉，完成高纯碳化硅粉料制备，突破4英寸、6英寸碳化硅衬底产业化关键技术，攻克N型碳化硅单晶衬底、高纯半绝缘碳化硅单晶衬底制备难题，解决“切、磨、抛”等工艺难点，实现碳化硅粉料制备、单晶生长、晶片加工等全流程自主创新。2023年，团队成功实现8英寸碳化硅单晶及衬底小批量出货，6英寸中高压碳化硅外延片月产能力大幅提升。

“相较于6英寸外延设备，自主研发的8英寸碳化硅外延设备生产出的外延片边缘损耗更小、可利用面积更大。”技术专家表示，自主研制三代半导体专用核心装备挺进“8英寸时代”一直是产业焦点。科研团队接力攀登，努力攻克关键核心技术，推动8英寸碳化硅单晶生长设备、外延设备、晶圆检测设备、离子注入设备、减薄设备实现整线集成，让单片晶圆芯片产出提高90%，单位芯片成本可降低近50%。

不断刷新材料、装备研制高度，持续拓宽器件应用广度。

“这是一个1200伏、100安的碳化硅半导体器件，电能的处理和控制，靠的就是这个。”小心翼翼用真空吸笔拾取碳化硅器件，技术专家笑着说，随着国产新能源汽车生产量迅猛攀升，碳化硅材料研制的器件、模块，快速走向应用舞台“C位”。相同规格下碳化硅MOSFET的尺寸只有硅基产品的1/10，但导通电阻是后者的百分之一，总能量损耗可以降低70%。

虽然碳化硅器件、模块前景亮丽，但是撬动市场的，永远是创新的系统设计及规模化应用水平。“研发过程中，尤其在核心指标遇到较大困难时，我们从不放弃，坚信熬过最难关口，一定能成功！”沿着行业脉动不懈攀登，技术人员加快布局推进8英寸第三代半导体器件中试平台建设，打造稳定开放的研发创新平台及产业共性技术平台，致力于为行业提供更多源头技术供给，推动产业链向高端跃升。

国产替代还需持续发力

衬底：国外龙头垄断，国内奋起直追

大尺寸衬底能有效摊薄成本，是行业发展主流。目前碳化硅衬底主流尺寸是4/6寸，其中半绝缘型碳化硅衬底以4寸为主，导电型碳化硅衬底以6寸为主。据业界消息显示，当衬底从6寸扩大到8寸时，可切割出的碳化硅芯片(32mm2)数量有望从448颗增加到845颗，增加了75%。当下国际上龙头企业的碳化硅衬底正从6寸往8寸发展，包括Wolfspeed、II-VI以及国内碳化硅衬底龙头企业天岳先进等都已成功研发8英寸衬底产品。

从海内外市占率看，Wolfspeed和II-VI公司在研发和产业化方面领先国内数十年，其中Wolfspeed/II-VI的6寸半绝缘型碳化硅衬底量产时间远远早于天岳先进。目前我国企业龙头天科合达、天岳先进还在奋起直追。据天岳先进等龙头企业财报数据显示，在绝缘型衬底方面，天岳先进全球市占率约为30%。


外延：国外企业主导型强，国内未来规模产能稳定

在外延片上，Wolfspeed与昭和电工占据了全球超90％的碳化硅导电型外延片市场份额，形成双寡头垄断。目前我国由于进口外延炉供货短缺，国内外延炉仍需验证并且外延工艺难度大，国内SiC外延厂商较少，市占率较低。

就国内企业看，瀚天天成和东莞天域技术及产能较为稳定。技术上，两者在6英寸外延均较为成熟和稳定，在8英寸均有储备。产能方面，瀚天天成2022年6英寸产能达12万片，2023年计划产能40万片（包括6/8英寸），至2025年产能目标约140万片；东莞天域2022年6英寸产能达8万片，并且启动年产100万片的6/8英寸外延项目，预计2025年竣工并投产。

外延设备国产化是国内发展的重中之重，目前国内厂商晶盛机电、北方华创、中电48所等正在加强研究，其中晶盛机电6寸单片式碳化硅外延设备已实现国产替代，2022年公司外延设备市占率居国内前列。2023年6月晶盛机电又成功研发8英寸单片式碳化硅外延生长设备，引领国产替代。


器件制造：设计、制造、封测缺一不可，道阻且长

在碳化硅器件制造设计端上，SiC二极管商业化正在逐步完善，但SiC MOS发展较面临较多难点，与国外厂商差距较大。目前ST、英飞凌、Rohm等厂商已实现600-1700V SiC MOS实量产并和多制造业达成签单出货；国内则还处于设计流片阶段，距离大规模商业化仍有较长时间。

碳化硅器件制造则与设备国产化进程息息相关，设备需求主要包括高温离子注入机、高温退火炉、SiC减薄设备、背面金属沉积设备、背面激光退火设备、SiC衬底和外延片表面缺陷检测和计量。近几年是国产设备厂商的黄金发展3年，我国上述设备在近几年得到较快发展。

在碳化硅器件封测领域，氮化硅主要采用AMB工艺，更受行业欢迎。据悉，AMB工艺生产的陶瓷衬板主要运用在功率半导体模块上作为硅基、碳化基功率芯片的基底。由于氮化硅陶瓷基板的多种特性与第3代半导体衬底SiC晶体接近，使其能够与SiC晶体材料匹配更稳定，因此成为SiC半导体导热基板材料首选，特别在800V以上高端新能源汽车中应用中不可或缺。

另外，目前以硅基材料为主的IGBT模块在具有高导热性、高可靠性、高功率等要求的轨道交通、工业级、车规级领域正逐渐采用AMB陶瓷衬板替代原有的DBC陶瓷衬板。中国AMB陶瓷基板更多是依赖进口，国内厂商包括博敏电子、富乐华正在加速扩产。