起底第三代半导体
2020-09-09 10:38

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

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