“新基建”開(kāi)啟碳化硅商用之門(mén)

張心怡

碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，憑借更高的轉(zhuǎn)換效率、運(yùn)行高壓及開(kāi)關(guān)頻率，頗受功率器件青睞。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole預(yù)測(cè)，碳化硅半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將在2024年達(dá)到20億美元。當(dāng)前，我國(guó)正在推進(jìn)5G、數(shù)據(jù)中心、新能源汽車(chē)等多個(gè)領(lǐng)域的“新基建”，為碳化硅提供了廣闊的市場(chǎng)前景。

“新基建”帶來(lái)新市場(chǎng)

與硅材料相比，碳化硅能達(dá)到更高的運(yùn)行電壓、更高的功率密度和更大的開(kāi)關(guān)頻率，使器件實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換效率和更好的散熱性能。賽迪智庫(kù)集成電路研究所副所長(zhǎng)朱邵歆向記者表示，碳化硅材料具有耐高壓、耐高溫、損耗小、開(kāi)關(guān)速度快等特性，制作成的SBD二極管和MOSFET開(kāi)關(guān)管相比硅材料制成的FRD二極管和MOSFET開(kāi)關(guān)管性能更優(yōu)，在光伏逆變器、新能源汽車(chē)、充電樁、變頻家電領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，具有非常強(qiáng)的推廣前景。

新基建關(guān)注數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，將有力支持高新技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，為碳化硅帶來(lái)廣闊的市場(chǎng)機(jī)遇。

泰科天潤(rùn)董事長(zhǎng)陳彤向記者表示，新基建關(guān)注的信息基礎(chǔ)設(shè)施多為用電大戶，對(duì)用電的需求量和質(zhì)量提出了更高的要求。而用電結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，包括用電分配利用環(huán)節(jié)的高低壓轉(zhuǎn)換、交直流轉(zhuǎn)換、變頻轉(zhuǎn)換等，都依托于功率半導(dǎo)體作為底層技術(shù)。碳化硅作為新一代半導(dǎo)體材料，具備更高的用電轉(zhuǎn)換效率，將更有效率地面對(duì)新基建的用電需求。

“碳化硅提升了用電轉(zhuǎn)換的效率和質(zhì)量。相比硅，碳化硅在用電效率上能提升兩到三個(gè)百分點(diǎn)，可靠性更高，而且器件的體積重量更小，將在用電結(jié)構(gòu)優(yōu)化中起到更大作用。”陳彤說(shuō)。

具體來(lái)說(shuō)，新基建涉及的SG、數(shù)據(jù)中心、新能源汽車(chē)等產(chǎn)業(yè)，都是碳化硅的目標(biāo)市場(chǎng)。

英飛凌科技電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理陳清源向記者指出，5G小基站對(duì)電源有著工作溫度范圍寬（-45℃～80℃）、高可靠性、高密度需求。相比硅器件，碳化硅器件散熱系數(shù)更高，更適用于5G小基站的部署。

朱邵歆表示，新基建關(guān)注的特高壓、新能源汽車(chē)充電樁、數(shù)據(jù)中心等都為碳化硅帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇。特別是數(shù)據(jù)中心對(duì)能耗的要求持續(xù)提升，更有可能在電源中規(guī)模使用碳化硅器件。數(shù)據(jù)中心使用的高端電源很可能成為碳化硅的下一個(gè)增量市場(chǎng)。

瀚天天成總經(jīng)理馮淦向記者表示，碳化硅在大功率電力電子器件具有優(yōu)勢(shì)，新基建關(guān)注的大部分項(xiàng)目都與碳化硅的布局方向有關(guān)，對(duì)碳化硅產(chǎn)業(yè)是一個(gè)利好。尤其在新能源汽車(chē)以及充電樁領(lǐng)域，碳化硅的增長(zhǎng)速度可觀，碳化硅從業(yè)者非?？粗匦履茉雌?chē)對(duì)碳化硅產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)作用。

辯證看待碳化硅的“貴”

相比硅，碳化硅在大功率電子電力器件有著更優(yōu)的物理特性。但是，碳化硅晶圓成本較高，性價(jià)比不如硅，這在一定程度上制約了碳化硅的市場(chǎng)發(fā)展。對(duì)此，相關(guān)企業(yè)負(fù)責(zé)人表示，要辯證看待碳化硅的成本和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

馮淦表示，碳化硅的成本要從三個(gè)層次來(lái)看。在材料層面，碳化硅的晶圓和外延片，確實(shí)比硅要貴，甚至貴出100倍。但是在器件層面，同等規(guī)格的碳化硅器件與硅器件相比，單個(gè)管芯的價(jià)格可能只有三到五倍的差距。這是因?yàn)橐粋€(gè)晶圓上面，碳化硅尺寸上可以做得很小，平均每個(gè)器件的成本就會(huì)降低。

“隨著良率的提升，一個(gè)晶圓上可以切割出來(lái)的碳化硅器件會(huì)更多。近幾年，碳化硅器件的成本有希望控制到和硅器件有競(jìng)爭(zhēng)力的水平，甚至比硅器件還要便宜?！瘪T淦說(shuō)。同時(shí)，在系統(tǒng)層面，也就是逆變器、電源、電動(dòng)汽車(chē)等終端應(yīng)用方面，使用碳化硅器件可以降低電容、電感、冷卻等系統(tǒng)性成本，并實(shí)現(xiàn)更好的性能。

陳彤表示，碳化硅成本要進(jìn)一步下探，需要足夠大的消費(fèi)市場(chǎng)。硅已經(jīng)有了30年到50年的發(fā)展過(guò)程，而碳化硅在2010年左右才走向民用市場(chǎng)，已經(jīng)有了幾十億元的市場(chǎng)規(guī)模，發(fā)展速度不算慢。

“上游供應(yīng)商擴(kuò)產(chǎn)，把成本攤下來(lái)，對(duì)于下游的終端應(yīng)用才更有吸引力;同時(shí)，下游市場(chǎng)的應(yīng)用規(guī)模足夠大，買(mǎi)單足夠多，上游供應(yīng)商才能擴(kuò)產(chǎn);這是一個(gè)‘雞生蛋、蛋生雞的問(wèn)題，也是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程?！标愅f(shuō)。

中國(guó)企業(yè)應(yīng)做好細(xì)分市場(chǎng)

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游襯底、中游外延、下游器件。目前我國(guó)企業(yè)在碳化硅的上、中、下游都有布局，但市占率與Cree等國(guó)際龍頭企業(yè)還存在差距。

Cree作為碳化硅的先行者，在襯底、外延、器件都具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。馮淦指出，Cree的優(yōu)勢(shì)源于先發(fā)優(yōu)勢(shì)和持續(xù)的技術(shù)投入。一方面，Cree是最早做碳化硅的企業(yè)之一，聚集、培育了碳化硅產(chǎn)業(yè)的第一批人才;另一方面，作為第一批從事碳化硅產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)的企業(yè)，Cree能夠獲得收益，支持對(duì)前沿技術(shù)的持續(xù)性資金投入，形成了技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 碳化硅本身的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，也增加了后發(fā)企業(yè)挑戰(zhàn)Cree領(lǐng)先地位的難度。馮淦表示，碳化硅面向的終端領(lǐng)域是大功率電力電子器件，注重產(chǎn)品的可靠性和安全性，具有技術(shù)門(mén)檻較高、認(rèn)證周期較長(zhǎng)的特點(diǎn)。這意味著終端企業(yè)更換供貨商要面臨產(chǎn)品的重新認(rèn)證，難度較大。

但是，碳化硅目前還處在市場(chǎng)部署的早期階段，國(guó)內(nèi)國(guó)際企業(yè)都尚未步人大規(guī)模的量產(chǎn)商用。陳彤表示，對(duì)于后發(fā)的功率半導(dǎo)體企業(yè)，要用已經(jīng)成熟的技術(shù)工藝去追趕更有技術(shù)積淀的先發(fā)企業(yè)，難度較大。后發(fā)企業(yè)要成長(zhǎng)，必須有一個(gè)新舊技術(shù)迭代的窗口期。

“碳化硅是一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)，給了中國(guó)功率半導(dǎo)體企業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)。在新技術(shù)出現(xiàn)的時(shí)候，我們的反應(yīng)要快?！标愅f(shuō)。

我國(guó)企業(yè)該如何抓住碳化硅的發(fā)展機(jī)遇？朱邵歆表示，國(guó)內(nèi)企業(yè)需要錘煉內(nèi)功，以國(guó)內(nèi)客戶的真實(shí)需求為前提，打磨產(chǎn)品和技術(shù)，不能僵硬地單一對(duì)標(biāo)國(guó)外的發(fā)展路徑，更不能在沒(méi)有明確客戶的情況下，過(guò)早擴(kuò)充產(chǎn)能。

“提升客戶需要的性能指標(biāo)比直接擴(kuò)充產(chǎn)線更加重要和緊迫?！敝焐垤дf(shuō)。

在發(fā)展模式上，馮淦認(rèn)為，國(guó)內(nèi)企業(yè)不要盲目追求Cree涉獵產(chǎn)業(yè)鏈所有環(huán)節(jié)的發(fā)展模式，這種模式不一定適合當(dāng)前碳化硅的發(fā)展階段。襯底企業(yè)應(yīng)專注襯底，外延企業(yè)專注于外延，器件企業(yè)專注于器件，將更有利于形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

“將產(chǎn)業(yè)鏈做長(zhǎng)的發(fā)展模式只適合市場(chǎng)早期。專注在自己的細(xì)分領(lǐng)域，將規(guī)模做大，成本才會(huì)下降，競(jìng)爭(zhēng)力才會(huì)提升?！瘪T淦說(shuō)。