01 什么是第三代半導(dǎo)體?
第三代半導(dǎo)體以碳化硅以及氮化鎵為代表,則可應(yīng)用在更高階的高壓功率元件以及高頻通訊元件領(lǐng)域。主要應(yīng)用:高溫、高頻、抗輻射、大功率器件;藍(lán)、綠、紫光二極管、半導(dǎo)體激光器 更優(yōu)的電子遷移率、帶隙、擊穿電壓、高頻、高溫特性。
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02 第三代半導(dǎo)體分類
碳化硅以及氮化鎵雖然同為第三代半導(dǎo)體材料,但應(yīng)用略有不同,氮化鎵主要用在中壓領(lǐng)域約600伏特的產(chǎn)品,一部分會(huì)與硅材料的市場(chǎng)重疊,但氮化鎵有很好的移動(dòng)性,適用在頻率高的產(chǎn)品,此特性在基地臺(tái)、5G等高速產(chǎn)品就會(huì)很有優(yōu)勢(shì);
而碳化硅則可以用在更高壓,如上千伏的產(chǎn)品,包括電動(dòng)車用、高鐵或工業(yè)用途,具有很好的耐高溫以及高壓特性。
也因如此,以碳化硅晶圓為例,市場(chǎng)更看好其在車用市場(chǎng)的應(yīng)用,包括充電樁、新能源車以及馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域。
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03 碳化硅材料市場(chǎng)現(xiàn)狀
目前SiC晶片(包括照明用SiC)市場(chǎng)主要由美、歐、日主導(dǎo),其中Cree在2018年占比超過62%,加上II-VI、Si-Crystal后市場(chǎng)份額達(dá)到90%,所以目前,美、歐、日廠商在全球碳化硅產(chǎn)業(yè)中較為領(lǐng)先,其中美國(guó)廠商占據(jù)主導(dǎo)地位。并非說國(guó)內(nèi)彎道超車,人家也玩得很好。
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04 碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈
在制程上,大部分設(shè)備不傳統(tǒng)硅生產(chǎn)線相同,但由亍碳化硅具有硬度高等特性,需要一些特殊的生產(chǎn)設(shè)備,如高溫離子注入機(jī)、碳膜濺射儀、量產(chǎn)型高溫退火爐等,其中是否具備高溫離子注入機(jī)是衡量碳化硅生產(chǎn)線的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。SiC器件價(jià)值鏈可分為襯底——外延——晶囿——器件,其中襯底所占的成本最高為50%。主要原因單晶生長(zhǎng)緩慢丏品質(zhì)丌夠穩(wěn)定,并且這也使得是SiC價(jià)格高,沒有得到廣泛的推廣。半導(dǎo)電型SiC襯底以n型襯底為主,主要用亍外延GaN基LED等光電子器件、SiC基電力電子器件等,半絕緣型SiC襯底主要用亍外延制造GaN高功率射頻器件。
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所以在尋找相關(guān)設(shè)備廠商的時(shí)候,應(yīng)該多關(guān)注具備襯底生產(chǎn)能力以及具有高位離子注入機(jī)的企業(yè)。因?yàn)樯a(chǎn)一片碳化硅晶圓并不難,困難的是要怎么從一片到一百片、一千片的量產(chǎn)能力。
05 碳化硅產(chǎn)業(yè)規(guī)模
據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)Yole Developpement表示,碳化硅晶圓到2023年時(shí)市場(chǎng)規(guī)??蛇_(dá)15億美金,年復(fù)合成長(zhǎng)率逾31%;而用在通訊元件領(lǐng)域,到2023年市場(chǎng)也可達(dá)13億美金,年復(fù)合成長(zhǎng)率則可達(dá)23%,商機(jī)受矚。燃油車轉(zhuǎn)向電勱車,功率半導(dǎo)體用量劇增。汽車應(yīng)用是功率半導(dǎo)體市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的細(xì)分?jǐn)谙?。除此之外,充電站、充電樁需求也將提升。歐盟CO2排放標(biāo)準(zhǔn)、中國(guó)新基建將給新能源市場(chǎng)中的光伏、風(fēng)力帶來新的增量。
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06 國(guó)內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
單晶襯底方面,國(guó)內(nèi)襯底以4英寸為主,目前,已經(jīng)開發(fā)出了6英寸導(dǎo)電性SiC襯底和高純半絕緣SiC襯底。據(jù)CASA數(shù)據(jù),山東天岳、天科合達(dá)、河北同光、中科節(jié)能均已完成6英寸襯底的研發(fā),中電科裝備研制出6英寸半絕緣襯底。器件/模塊/IDM方面,我國(guó)在碳化硅器件設(shè)計(jì)方面有所欠缺,還沒有廠商涉及于此。但是在模塊、器件制造環(huán)節(jié)我國(guó)已出現(xiàn)了一批優(yōu)秀的企業(yè),包括三安集成、海威華芯、泰科天潤(rùn)、中車時(shí)代、世紀(jì)金光、芯光潤(rùn)澤、深圳基本、國(guó)揚(yáng)電子、士蘭微、揚(yáng)杰科技、瞻芯電子、天津中環(huán)、江蘇華功、大連芯冠、聚力成半導(dǎo)體等。其中三安集成 2018年12月,三安光電子公司廈門三安集成電路宣布推出6英寸SiC晶圓代工制程。商業(yè)版本的6英寸SiC晶圓制造技術(shù)的全部工藝鑒定試驗(yàn)已完成并加入到三安集成電路的代工服務(wù)組合中。所以第三代半導(dǎo)體當(dāng)中,三安光電可謂是領(lǐng)導(dǎo)型廠商。
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07 碳化硅產(chǎn)業(yè)企業(yè)匯總
碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈主要包括高純粉料、單晶襯底、外延片、功率器件、模塊封 裝和終端應(yīng)用等環(huán)節(jié)。
襯底企業(yè)
天科合達(dá)
北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司于2006年9月由新疆天富集團(tuán)、中國(guó)科學(xué)院物理研究所共同設(shè)立,是一家專業(yè)從事第三代半導(dǎo)體碳化硅(SiC)晶片研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)。公司為全球SiC晶片的主要生產(chǎn)商之一。
總部公司設(shè)在北京市大興區(qū)生物醫(yī)藥基地,擁有一個(gè)研發(fā)中心和一個(gè)集晶體生長(zhǎng)-晶體加工-晶片加工-清洗檢測(cè)的全套碳化硅晶片生產(chǎn)基地;全資子公司—新疆天科合達(dá)藍(lán)光半導(dǎo)體有限公司位于新疆石河子市,主要進(jìn)行碳化硅晶體生長(zhǎng)。
山東天岳
山東天岳公司成立于2010年11月,是以碳化硅半導(dǎo)體襯底材料為主的高新技術(shù)企業(yè)。公司投資建成了第三代半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)化基地,具備研發(fā)、生產(chǎn)國(guó)際先進(jìn)水平的半導(dǎo)體襯底材料的軟硬件條件,是我國(guó)第三代半導(dǎo)體襯底材料行業(yè)的先進(jìn)企業(yè)。
河北同光晶體
河北同光晶體有限公司成立于2012年,位于保定市高新技術(shù)開發(fā)區(qū),主要從事第三代半導(dǎo)體材料碳化硅襯底的研發(fā)和生產(chǎn)。公司主要產(chǎn)品包括4英寸和6英寸導(dǎo)電型、半絕緣碳化硅襯底,其中4英寸襯底已達(dá)到世界先進(jìn)水平。目前,公司已建成完整的碳化硅襯底生產(chǎn)線,是國(guó)內(nèi)著名的碳化硅襯底生產(chǎn)企業(yè)。
中科集團(tuán)2所
中科集團(tuán)二所成立于1962年,是專業(yè)從事電子先進(jìn)制造技術(shù)研究和電子專用設(shè)備研發(fā)制造的國(guó)家級(jí)研究所。目前,二所已形成以液晶顯示器件生產(chǎn)設(shè)備、半導(dǎo)體及集成電路制造設(shè)備、特種工藝設(shè)備為主的電子專用設(shè)備和以太陽能多晶硅片、三代半導(dǎo)體SiC單晶拋光片為主的半導(dǎo)體材料兩大業(yè)務(wù)方向,能夠?yàn)橛脩籼峁┕に嚭驮O(shè)備的系統(tǒng)集成服務(wù)。
外延片企業(yè)
東莞天域半導(dǎo)體
天域成立于2009年,是中國(guó)第一家從事碳化硅 (SiC) 外延晶片市場(chǎng)營(yíng)銷、研發(fā)和制造的私營(yíng)企業(yè)。2010年,天域與中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所合作,共同創(chuàng)建了碳化硅研究所。
廈門瀚天天成
瀚天天成電子科技(廈門)有限公司成立于2011年3月,是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售碳化硅外延晶片的中美合資高新技術(shù)企業(yè),已形成3英寸、4英寸以及6英寸的完整碳化硅半導(dǎo)體外延晶片生產(chǎn)線,并滿足600V、1200V、1700V器件制作的需求。
器件/模組企業(yè)
泰科天潤(rùn)
泰科天潤(rùn)是中國(guó)第三代半導(dǎo)體碳化硅功率器件產(chǎn)業(yè)化倡導(dǎo)者,并擁有目前國(guó)內(nèi)唯一碳化硅器件生產(chǎn)線。作為國(guó)內(nèi)唯一一家碳化硅研發(fā)生產(chǎn)和平臺(tái)服務(wù)型公司,泰科天潤(rùn)核心產(chǎn)品以碳化硅肖特基二極管為代表,其中600V/5A~50A,1200V/5A~50A和1700V/10A等系列的碳化硅肖特基二極管產(chǎn)品已經(jīng)投入批量生產(chǎn)。
嘉興斯達(dá)
嘉興斯達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司成立于2005年4月,是一家專業(yè)從事功率半導(dǎo)體芯片和模塊尤其是IGBT芯片和模塊研發(fā)、生產(chǎn)和銷售服務(wù)的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)??偛课挥谡憬闻d,在上海和歐洲均設(shè)有子公司,并在國(guó)內(nèi)和歐洲設(shè)有研發(fā)中心,是目前國(guó)內(nèi)IGBT領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。公司主要產(chǎn)品為功率半導(dǎo)體元器件,包括IGBT、MOSFET、IPM、FRD、SiC等等。
中車時(shí)代電氣
株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司是中國(guó)中車旗下股份制企業(yè),其前身及母公司——中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司創(chuàng)立于1959年。
2017年12月,中車時(shí)代電氣總投資3.5億元人民幣的6英寸碳化硅產(chǎn)業(yè)基地技術(shù)調(diào)試成功,2018年1月首批芯片試制成功。這是國(guó)內(nèi)首條6英寸碳化硅生產(chǎn)線,獲得了國(guó)家“02專項(xiàng) ”、國(guó)家發(fā)改委新材料專項(xiàng)等國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目支持,是中車時(shí)代電氣的重點(diǎn)投資項(xiàng)目之一,實(shí)現(xiàn)碳化硅二極管和MOSFET芯片工藝流程整合,成功試制1200V碳化硅肖特基二極管功率芯片。
揚(yáng)杰科技
揚(yáng)州揚(yáng)杰電子科技股份有限公司成立于2006年8月2日。2014年1月,公司在深交所創(chuàng)業(yè)板掛牌上市。公司集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體,專業(yè)致力于功率半導(dǎo)體芯片及器件制造、集成電路封裝測(cè)試等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
公司主營(yíng)產(chǎn)品為各類電力電子器件芯片、功率二極管、整流橋、大功率模塊、DFN/QFN產(chǎn)品、SGT MOS及碳化硅SBD、碳化硅JBS等,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子、安防、工控、汽車電子、新能源等諸多領(lǐng)域。