本土供需缺口縮小并開始走出國門
第三代半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮螅騺碜云涓咝Ф?jié)能的特性。以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。
法國知名半導(dǎo)體咨詢機(jī)構(gòu)Yole數(shù)據(jù)顯示，2022年碳化硅器件市場規(guī)模為17.94億美元，氮化鎵器件市場規(guī)模為14.8億美元，其中射頻器件13億美元、功率器件1.8億美元。“它在國際上，統(tǒng)稱為寬禁帶功率半導(dǎo)體，在我們國家，俗稱第三代半導(dǎo)體。”據(jù)宗艷民介紹，與傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體具有高寬禁帶、高擊穿電場、高導(dǎo)熱率、高電子遷移率等特性，采用寬禁帶半導(dǎo)體材料制備的半導(dǎo)體器件，不僅能在更高的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，適用于高電壓、高頻率場景。“在有些應(yīng)用場景，可以降低功耗超過50%。所以現(xiàn)在大家公認(rèn)在應(yīng)用端，碳化硅器件有明顯節(jié)能效果，是綠色器件，對系統(tǒng)裝置而言能降低體積，減少成本。”宗艷民表示。
“十四五”規(guī)劃將“碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展”明確列入科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)項(xiàng)目。近年來，國內(nèi)第三代半導(dǎo)體整個產(chǎn)業(yè)鏈都處在快速發(fā)展的進(jìn)程中。一個表現(xiàn)是，以襯底和外延為主的材料端，不僅能夠滿足國內(nèi)需求，完成了碳化硅襯底的全部進(jìn)口替代，還實(shí)現(xiàn)了向海外的輸出。“天岳先進(jìn)的襯底材料，不僅解決了國內(nèi)的進(jìn)口替代，而且還向國外輸出。”據(jù)宗艷民介紹，全球前十大功率半導(dǎo)體企業(yè)超過50%都是天岳先進(jìn)的客戶，并且簽訂了合作長單，同時也部分成為天岳先進(jìn)的主供貨商。“因此，在碳化硅襯底材料方面，天岳先進(jìn)為我國第三代半導(dǎo)體的發(fā)展奠定了基石，開好了路，同國內(nèi)產(chǎn)業(yè)同行一起走向全球的前列。”宗艷民表示。
碳化硅器件應(yīng)用仍處起步驗(yàn)證階段
事實(shí)上，早在上世紀(jì)90年代，碳化硅單晶襯底卓越的半導(dǎo)體性能就被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。為何直到今天，碳化硅器件才走向大規(guī)模應(yīng)用？
天岳先進(jìn)成立于2010年，是國內(nèi)較早從事碳化硅半導(dǎo)體材料的公司。經(jīng)歷過行業(yè)的發(fā)展變遷，宗艷民認(rèn)為，首先碳化硅面臨著制作工藝方面的技術(shù)難題，“材料制備非常難，多缺陷”。一個難題是，碳化硅單晶生長工藝條件極度苛刻，生產(chǎn)工藝都采用PVT法（即氣氛熱化學(xué)蒸汽相沉積法），在高溫下存在多因多果導(dǎo)致材料缺陷眾多，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、低缺陷、高品質(zhì)、低成本襯底供應(yīng)成為制約碳化硅行業(yè)發(fā)展的瓶頸。“我們對缺陷的表征方法和控制手段進(jìn)行一些技術(shù)研究，可以規(guī)模化提供低缺陷高品質(zhì)襯底，大幅地提高了生長效率和良率，對下游品質(zhì)的提升和成本控制都有很好的幫助。”宗艷民表示。
宗艷民進(jìn)一步指出，近幾年，包括天岳在內(nèi)的碳化硅單晶襯底企業(yè)，攻克了一系列國際技術(shù)難題，全面掌握碳化硅單晶制備全流程關(guān)鍵技術(shù)，才實(shí)現(xiàn)了碳化硅襯底規(guī)模化生產(chǎn)的自主可控，部分技術(shù)甚至已經(jīng)走在國際前列。宗艷民認(rèn)為，整體來看，碳化硅器件應(yīng)用仍處于起步階段。“碳化硅器件必須得改變系統(tǒng)應(yīng)用的裝置才能發(fā)揮優(yōu)勢，并非簡單的替代。它在終端的應(yīng)用需要經(jīng)過漫長驗(yàn)證，有些驗(yàn)證甚至長達(dá)兩年才能開始大幅推廣。”宗艷民指出，碳化硅器件應(yīng)用目前還處于一個起步驗(yàn)證的階段，下游器件端的量還都沒那么大，在電動汽車，光伏、儲能、白色家電等領(lǐng)域都在加快應(yīng)用。
而由于起步階段還未開始放量，碳化硅器件應(yīng)用一旦進(jìn)入規(guī)模化量產(chǎn)，就會暴露出一系列關(guān)于品質(zhì)、供貨能力、交付能力的問題。“第三代半導(dǎo)體要求的可靠性非常高，天岳先進(jìn)近年來服務(wù)的國際大廠也對品質(zhì)極其看重，一旦規(guī)模化放量，他們就會特別關(guān)注品質(zhì)的穩(wěn)定持續(xù)和按期交付的能力。”宗艷民提及。而成本控制也成為行業(yè)快速發(fā)展中繞不開的一個話題。
現(xiàn)場有嘉賓提及，碳化硅真正的競爭對手是性價比非常優(yōu)秀的硅基IGBT產(chǎn)業(yè)。IGBT已經(jīng)從8英寸的主流開始向12英寸切換，而現(xiàn)在6英寸的碳化硅單器件成本大約是IGBT的5~6倍。碳化硅的單器件成本需做到IGBT的2.5倍以下，才有可能進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用時代。對此宗艷民持樂觀態(tài)度，認(rèn)為在天岳先進(jìn)的技術(shù)布局下，非常有信心降低成本，達(dá)到“2.5倍”的標(biāo)準(zhǔn)。
“天岳先進(jìn)在半絕緣襯底、車規(guī)級襯底應(yīng)用已經(jīng)走在國際前列，并且在下一代8英寸產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化布局上獲得國際大廠的廣泛認(rèn)證，具備8英寸產(chǎn)品量產(chǎn)的先發(fā)優(yōu)勢，也完全可以達(dá)到6英寸的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。”宗艷民表示。
行業(yè)高速成長或?qū)?shí)現(xiàn)超預(yù)期發(fā)展
業(yè)界普遍認(rèn)為，第三代半導(dǎo)體未來還有很大的成長空間。Yole數(shù)據(jù)預(yù)測，2028年碳化硅市場規(guī)模將達(dá)89.06億美元，氮化鎵市場規(guī)模將達(dá)47億美元。
宗艷民認(rèn)為，到2028年，實(shí)際數(shù)據(jù)可能不會止步于此。“從我們材料端掌握的信息來看，實(shí)際數(shù)據(jù)表現(xiàn)很可能會超過Yole的預(yù)期。國內(nèi)外包括博世、英飛凌等大廠的擴(kuò)產(chǎn)速度和布局力度都非常大，整個產(chǎn)業(yè)都將進(jìn)入高速成長期，未來碳化硅應(yīng)用是一個巨大的藍(lán)海市場，這個沒什么爭議，只是看在會2024年還是2025年到來。我們還是要加大技術(shù)研發(fā)，迎接藍(lán)海市場到來。”宗艷民表示。
天岳先進(jìn)更長遠(yuǎn)的一步，也將會繼續(xù)深耕材料端，致力于服務(wù)和支持下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。使用碳化硅技術(shù)的新能源車型已經(jīng)受到市場的高度關(guān)注。此外，第三代半導(dǎo)體在5G通信、光伏新能源發(fā)電、儲能、新能源汽車充電樁、城際高速鐵路和城市軌道交通、大數(shù)據(jù)中心的綠色電源等領(lǐng)域都能發(fā)揮重要作用，在電網(wǎng)及特高壓領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。
宗艷民坦言：“天岳先進(jìn)能夠與華潤微、芯聯(lián)集成等龍頭芯片制造商一起，上下游加強(qiáng)協(xié)作，加快技術(shù)迭代，共同推動和發(fā)展我國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，一起去推動技術(shù)迭代。天岳先進(jìn)期望成為碳化硅襯底領(lǐng)域的‘臺積電’，把碳化硅襯底做成最優(yōu)，成本最低，這是我們的夢想。”（央廣資本眼）
