本土碳化硅產(chǎn)業(yè)面臨多重挑戰(zhàn)，芯粵能項(xiàng)目落地將為產(chǎn)業(yè)注入“強(qiáng)芯”力量

6月26日上午，2022年中國(guó)國(guó)際集成電路產(chǎn)業(yè)峰會(huì)暨IC NANSHA大會(huì)繼續(xù)進(jìn)行，在寬禁帶半導(dǎo)體論壇上，芯粵能CTO相奇發(fā)布《碳化硅芯片制造助力產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展》的演講。

會(huì)上，相奇從當(dāng)前能源需求持續(xù)增長(zhǎng)以及“雙碳戰(zhàn)略”等宏觀角度，分析了碳化硅對(duì)當(dāng)前全面提升能源轉(zhuǎn)換效率的重要作用。隨后，他從多應(yīng)用領(lǐng)域闡明全球碳化硅市場(chǎng)發(fā)展機(jī)遇，并對(duì)目前全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局和本土廠商面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了深入的分析。

                                                                                “雙碳戰(zhàn)略”開(kāi)啟新能源轉(zhuǎn)換黃金時(shí)代，碳化硅未來(lái)已來(lái)

國(guó)內(nèi)的“雙碳戰(zhàn)略”被視為指引未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵策略。根據(jù)雙碳戰(zhàn)略，第一步是在2025年實(shí)現(xiàn)化石能源達(dá)峰，這階段煤炭石油消費(fèi)量達(dá)峰，新能源平價(jià)時(shí)代來(lái)臨。第二步是高碳走向低碳，在非電領(lǐng)域，天然氣將取代石油煤炭；而電力領(lǐng)域，進(jìn)入存量時(shí)代，儲(chǔ)能平價(jià)。第三步是2040年到2050低碳走向零碳，電力碳中和，氫能邁向平價(jià)。

在實(shí)現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略的過(guò)程中，伴隨著能源需求持續(xù)增長(zhǎng)，清潔電能替代化石燃料的發(fā)生。其中，電能轉(zhuǎn)換需求功率器件，而碳化硅功率器件可全面提升電能轉(zhuǎn)換效率。相奇指出，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2030年中國(guó)大陸總用電量將達(dá)到10.5萬(wàn)億度，若采用碳化硅功率器件替代傳統(tǒng)硅器件，可節(jié)電萬(wàn)億度，約等于10個(gè)三峽大壩的發(fā)電量。

因此，相比于硅，碳化硅更適合功率器件。相同擊穿電壓下，碳化硅的導(dǎo)通電阻只是硅的1/344。材料性能方面，碳化硅具有禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、飽和電子漂移速度高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高等特點(diǎn)。相應(yīng)的，碳化硅器件具備耐高溫高壓特性、結(jié)-殼熱阻低、開(kāi)關(guān)速度快、通態(tài)電阻低等。用碳化硅器件的系統(tǒng)性能具有小型、輕量、高能效、驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。

得益于碳化硅的性能優(yōu)勢(shì)，全球碳化硅市場(chǎng)規(guī)模爆發(fā)式增長(zhǎng)。在汽車(chē)和牽引領(lǐng)域，碳化硅可應(yīng)用于新能源汽車(chē)的主驅(qū)逆變器、OBC、DC-DC、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、充電樁、軌道交通等。此外還有電源、光伏/儲(chǔ)能等可在生能源、國(guó)防航天、工業(yè)和消費(fèi)電子等領(lǐng)域。

據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2019-2025全球碳化硅市場(chǎng)將會(huì)以30%的復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)從2020年的5.41億美元的增長(zhǎng)至25.62億美元。數(shù)據(jù)反映了全球碳化硅市場(chǎng)增長(zhǎng)強(qiáng)勁，但從市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，全球碳化硅功率器件和襯底市場(chǎng)主要被海外巨頭占據(jù)。2020年碳化硅功率器件市場(chǎng)占有率CR5>90%，2020年全球碳化硅導(dǎo)電型襯底市場(chǎng)中，前兩大巨頭市占率超7成，Wolfspeed一家獨(dú)大，占比達(dá)60.3%。

                                                                                        本土碳化硅發(fā)展仍面臨多重挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)鏈任重道遠(yuǎn)

全球碳化硅市場(chǎng)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，離不開(kāi)中國(guó)市場(chǎng)的貢獻(xiàn)。據(jù)CASA Research數(shù)據(jù)，2021年國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模（含充電樁）約為31.2億元。到2026年，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到193.6億元，CAGR高達(dá)44%。

國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)市場(chǎng)的高速發(fā)展，也推動(dòng)相關(guān)晶圓需求爆發(fā)。2021年全年我國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)量2627.5萬(wàn)輛，新能源汽車(chē)銷(xiāo)量350.72萬(wàn)輛，滲透率17.42%，預(yù)計(jì)2025年汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)3000萬(wàn)輛以上，新能源汽車(chē)滲透率接近50%。而相應(yīng)的，2021年碳化硅6英寸等效晶圓為13.7萬(wàn)片，預(yù)測(cè)2027年將達(dá)到263.5萬(wàn)片。

盡管未來(lái)發(fā)展前景廣闊，但當(dāng)下本土碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈仍面臨較大的挑戰(zhàn)。單是在碳化硅器件制造方面，就存在這襯底外延成本占比高、良率受限于襯底缺陷、專用設(shè)備國(guó)產(chǎn)缺席、缺乏規(guī)?；a(chǎn)平臺(tái)等挑戰(zhàn)。

具體來(lái)看，廠商面臨的碳化硅器件制造挑戰(zhàn)，關(guān)鍵在于成本和良率。在碳化硅器件總成本中，襯底材料占40%，外延占15%，器件占30%，其他的原料占15%，由此可見(jiàn)，襯底占總成本的比例很高。而襯底和外延的缺陷是影響良率的最主要原因。

與此同時(shí)，芯片制造的高精度也對(duì)碳化硅芯片的制造量產(chǎn)平臺(tái)提出了高要求。碳化硅芯片制造量產(chǎn)平臺(tái)要具備智能化、自動(dòng)化和規(guī)?；忍厣?，以保證量產(chǎn)穩(wěn)定和良率提升。

此外，由于起步晚于海外龍頭企業(yè)，因此，本土產(chǎn)業(yè)鏈在發(fā)展過(guò)程中，也要重視碳化硅器件技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。相奇指出，碳化硅晶圓的200mm時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨、溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)創(chuàng)新受到高度關(guān)注，萬(wàn)伏千安智能電網(wǎng)需要超高壓器件，界面質(zhì)量導(dǎo)致遷移率低期待技術(shù)突破，器件設(shè)計(jì)和制造生態(tài)系統(tǒng)呼之欲出。

                                                                                  扎根中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)“第三極”，芯粵能蓄勢(shì)待發(fā)

談及國(guó)內(nèi)碳化硅器件設(shè)計(jì)和制造生態(tài)系統(tǒng)，廣州南沙應(yīng)該板上有名。近期，廣州南沙舉行第二季度重大項(xiàng)目集中簽約暨芯粵能碳化硅芯片制造項(xiàng)目主體工程封頂活動(dòng)。芯粵能碳化硅芯片制造項(xiàng)目的落地，填補(bǔ)南沙寬禁帶半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈中的“制造”環(huán)節(jié)。

目前，廣州南沙集成電路產(chǎn)業(yè)園已初步形成覆蓋寬禁帶半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)、材料全產(chǎn)業(yè)鏈的完整生態(tài)，推動(dòng)南沙新區(qū)成為國(guó)內(nèi)首個(gè)實(shí)現(xiàn)寬禁帶半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈布局的地區(qū)。

作為國(guó)內(nèi)最大的面向車(chē)規(guī)級(jí)和工控領(lǐng)域碳化硅芯片制造和研發(fā)企業(yè)，芯粵能投資建設(shè)的面向車(chē)規(guī)級(jí)和工控領(lǐng)域碳化硅芯片制造項(xiàng)目被列為廣東“強(qiáng)芯工程”重大項(xiàng)目，也分別被廣東省、廣州市和南沙區(qū)列為重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是目前國(guó)內(nèi)唯一一家專注于車(chē)規(guī)級(jí)、具備規(guī)?；a(chǎn)業(yè)聚集及全產(chǎn)業(yè)鏈配套能力的碳化硅芯片制造項(xiàng)目，產(chǎn)品主要應(yīng)用于新能源汽車(chē)、充電樁、工業(yè)電源、智能電網(wǎng)以及光伏發(fā)電等領(lǐng)域。

從芯粵能項(xiàng)目規(guī)劃來(lái)看，項(xiàng)目總投資額為75億元，建成年產(chǎn)24萬(wàn)片6英寸和24萬(wàn)片8英寸碳化硅晶圓芯片的生產(chǎn)能力，預(yù)計(jì)2023年5月底正式投產(chǎn)。

扎根于南沙車(chē)規(guī)級(jí)寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地，芯粵能正蓄勢(shì)待發(fā)，隨著產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的穩(wěn)步推進(jìn)落地，未來(lái)與產(chǎn)業(yè)鏈共同構(gòu)建粵港澳大灣區(qū)碳化硅產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，助力廣東打造成中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)“第三極”。

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