導讀：近期華為旗下哈勃投資（2019年4月成立）入股10%第三代半導體材料碳化硅（SiC）的制造商山東天岳。在美國對中國高科技企業不斷施壓的形勢下，華為此舉或許表明對第三代半導體材料SiC潛在的需求以及前景的認可。

　　以SiC為代表的第三代半導體材料在禁帶寬度、擊穿電場、熱導率、電子飽和度以及抗輻射能力方面均優于Si，在功能上展現出耐高溫、耐高壓、降低開關損失、適用高頻環境及功率密度高等優點，見表1。目前主要應用領域有半導體照明、電力電子器件、激光器、探測器、光伏、5G和新能源汽車等領域，每個領域的產業成熟度各不相同，在前沿研究領域，寬禁帶半導體還處于實驗室研發階段。

　　表1 SiC與Si主要參數對比

　　（資料來源：公開資料，五度易鏈行業研究中心）

全球功率半導體逐漸繁榮，新能源汽車將為主要驅動力

　　SiC功率器件具備耐高壓、耐高頻、耐熱、低開關損耗的優勢，以及其優于其他第三代半導體材料（GaN）產業化程度會使其在相關領域加速落地應用，尤其在電動汽車大功率半導體零部件領域。電動源汽車的電動模塊中電動機是有源負載，其轉速范圍很寬，且在行駛過程中需要頻繁地加速和減速，工作條件比一般的調速系統復雜，采用碳化硅功率器件可有效提高其驅動系統，在擊穿電壓、開啟電阻、熱導率和工作溫度方面可以獲得提升，最終大幅提升電動汽車輕量化水平。目前一些汽車廠商對新一代碳化硅功率器件寄予了厚望，希望通過應用碳化硅功率器件大幅實現電動汽車逆變器和DC-DC轉換器等驅動系統的小型輕量化。2018年全球SiC功率半導體規模約為4.2億美元，在電動汽車領域的功率器件規模約1.1億美元，據Yole預測，2024年全球SiC功率半導體市場規模將增加到19.3億美元，年復合增長率（CAGR）將達到29%，在新能源汽車領域功率器件規模將增到9.5億美元，CAGR達到43%，見圖1。

　　圖1 2018年與2024年碳化硅功率器件細分市場占比及增速

　　（資料來源：Yole，五度易鏈行業研究中心）

SiC大尺寸化是未來主要技術發展方向

　　SiC相比其他第三代半導體材料，產業化已經形成，降低成本，提升毛利率的技術將成為企業發展的重要支撐，隨著6英寸SiC襯底的產業化落地，大尺寸SiC將成為襯底材料技術發展的主要方向。Cree（美）、道康寧（美）、羅姆（日）等企業已經完成4-6英寸SiC單晶襯底（包括半絕緣型），國內已經具備了成熟的4英寸零微管碳化硅單晶產品，并已經研發出了6英寸單晶樣品。大尺寸化趨勢已經形成，據Yole預測，在2030年以后4英寸SiC單晶襯底將退出市場，取而代之的是大規模的6英寸SiC單晶襯底，見圖2。

　　圖2 SiC單晶襯底材料市場預測

　　（資料來源：Yole，五度易鏈行業研究中心）

國內設計制造環節薄弱難以帶動上游需求

　　SiC產業鏈包括襯底、外延、器件/模塊以及終端應用，見圖3。碳化硅襯底材料主要包括導通型襯底和半絕緣襯底，前者是制造碳化硅功率半導體器件的基材；后者具備高電阻的同時可以承受更高的頻率，在5G通訊、傳感感應器件上具備廣闊的應用空間。目前山東天岳、天科合達、河北同光、中科節能均已完成6英寸襯底的研發，中電科裝備研制出6英寸半絕緣襯底，從技術上看與國外差距不斷縮小。SiC外延材料是襯底材料制作器件的“中介平臺”，缺陷越少，厚度越厚，外延材料的質量越高在20μm以下國內外產品差距不大，在100μm以上的產能線中，國內產品與國外先進水平有一定差距。

　　圖3 SiC產業鏈全景圖

　　（資料來源：公開資料，五度易鏈行業研究中心）

　　國外企業Cree、英飛凌、羅姆、意法半導體等公司已經開發溝槽柵SiC MOSFET產品（第4-5代），并實現部分量產，國內目前量產的以SiC二極管為主，一些企業雖已開發晶體管產品，但未形成產能線，距國際先進水平較大。我國封裝領域較發達，因此在功率模塊方面差距較小。整體上，功率器件由美、歐、日領先，美國占據70%-80%的市場份額；歐洲在碳化硅襯底、外延、器件以及應用方面擁有完整的產業鏈；日本是設備和模塊開發方面的絕對領先者。我國在功率器件設計領域和制造領域（圖4）與國外相差較大，從整體產業鏈角度看，該環節的薄弱會難以帶動上游的需求。

　　圖4 SiC功率半導體部分制造廠商

　　（資料來源：公開資料，五度易鏈行業研究中心）

結語

　　SiC作為已經具備產業規模的第三代半導體材料，優勢明顯，前景廣闊，新能源電動汽車將會是增量的主要驅動力。未來技術發展趨勢上，SiC單晶襯底材料大尺寸化將成為主流。從市場現狀看，美國企業占據統治地位，歐、日企業各有千秋，我國企業在上游SiC襯底和外延部分發展較快，功率器件設計和制造環節比較薄弱，但是全球行業發展成熟度不高，在華為等具備需求端產業生態的企業助推之下，國內SiC前景未來可期。