眼下，國內在碳化矽領域的上游產業環節還存在提升空間，如部分環節的設備缺席、缺乏規模化生產平台等，這意味著產業鏈發展還需平衡。
不同於第一代半導體材料矽基的發展在國內正面臨一系列掣肘，作為化合物半導體材料的碳化矽器件正逐漸迎來商用加速期。
在此領域，由於國內外的起步和發展時間相差不大，而成為備受關注的突圍市場。
特斯拉率先讓碳化矽器件上車起到了關鍵推動作用。多方機構都預測，在未來5-10年間，碳化矽器件的應用增長點會陸續湧現，包括新能源汽車、儲能、光伏風能發電、5G通信等領域。
近日舉行的2022 中國·南沙國際集成電路產業論壇期間，多名業內人士都指出，隨著海外大廠開始小規模量產8英寸碳化矽器件，8英寸時代正在到來。當然，眼下國內在碳化矽領域的上游產業環節還有提升空間，比如部分環節的設備缺席、缺乏規模化生產平台等，這意味著產業鏈發展還需平衡。同時需要關注的是，如今國內各地都在積極建設碳化矽相關產業生態，隨著產業發展到一定階段，可能也將迎來一定程度的併購融合。
碳化矽時刻
碳化矽商用落地的典型代表就是特斯拉，在其推動下，碳化矽的應用進度和市場空間都打開了想像力。
基本半導體董事長汪之涵在前述論壇演講中指出，從1982年IGBT發明到現在，其仍然是功率半導體器件中最為重要的一個，在各種電力電子應用中發揮著巨大作用。
不過在過去幾年時間里，人們欣喜地發現，在很多高端應用中，碳化矽MOSFET已經逐漸取代矽基IGBT。「這個取代的過程和勢頭，似乎比大家前幾年的判斷來得更早更快，所以我們認為，碳化矽成為功率半導體主流的時代似乎已經來到。」他續稱，雖然目前碳化矽器件的成本比矽基IGBT要高不少，但從全生命周期成本來看，通過使用碳化矽器件，現在的賬已經能算過來了。
根據Yole研判，到2027年預計全球碳化矽晶元市場規模約63億美元，其中接近80%的市場（也即約50億美元）來自於新能源汽車。汪之涵指出，根據其團隊測算，隨著碳化矽產品成本降低，到2027年，一輛車上不同部件使用碳化矽的價格在2000-3000元，那麼屆時全球將有一千萬輛車使用碳化矽器件，實際上這個數量將只多不少。
芯粵能半導體CTO相奇則指出，「雙碳」戰略正開啟新能源轉換的黃金時代，其中電能轉換推動需要功率器件，碳化矽器件在其中優勢盡顯。
根據機構統計，到2030年，中國大陸總用電量將達到10.5萬億度/年，若能用碳化矽功率器件替代傳統矽基器件，可節電萬億度，約等於10座三峽大壩。
從應用端來看，新能源汽車、光伏和儲能、航天、工業等領域牽引下，全球碳化矽市場的規模正快速成長，預計2019-2025年的復合年均增長率為30%。
山東大學晶體材料實驗室、南砂晶圓教授徐現剛也指出，碳化矽單晶應用主要為兩個方面：一是電力電子碳化矽器件領域，在導電型襯底之上做碳化矽同質外延，如新能源汽車、高鐵運輸、智能電網的逆變器等器件上應用；二是把碳化矽作為襯底材料，生長氮化鎵材料的異質外延，在高頻大功率微波電子器件里獲得了較大應用，也在雷達、通信系統等方面有應用。
不過，目前國內在碳化矽功率器件和襯底市場依然有較大發展空間。據調研機構Yole統計，無論是碳化矽器件銷售額，還是碳化矽導電型襯底市場視角來看，佔據主要份額的都為來自美國、歐洲和日本的公司，部分情況下甚至有壟斷態勢。
加速研發推進
一種觀點認為，在關鍵碳化矽襯底技術方面，國內和海外廠商的差距大約是2-3年，但隨著集中力量推進研發，這個時間差距有望進一步縮短。
徐現剛在演講中指出，從襯底發展來看，海外廠商在十年前突破了6英寸襯底技術，目前已穩定導入產業；並在國內「十三五」期間突破了8英寸襯底量產的關鍵難題，正快速導入量產進程。
國內廠商近些年來也在積蓄經驗后快速推動研發落地。「針對碳化矽單晶的研究前期，我們亟需和下游密切配合。在研發2-3英寸單晶時，很難找到電力電子大規模應用，所以我們找到了光電子應用；在6英寸和8英寸單晶上，我們希望和半導體界以及電力電子行業密切配合，也做好了準備。產業角度的需求已經非常旺盛；技術路線上，碳化矽外延的整個產業鏈不存在被制約發展的問題，所以我認為，8英寸時代真正到來了。」
一名碳化矽器件創業者也向21世紀經濟報導記者指出，全球碳化矽襯底龍頭Wolfspeed已經在近期的電話會上表示，將建設第二座8英寸晶圓廠。「所以我們對這個趨勢還是很有信心。」
他續稱，就像最開始一種觀點認為矽基不用那麼著急被碳化矽器件替代一樣。特斯拉作為第一個吃螃蟹的人成功之後，大家都開始積極跟進，才有了現在被認為行業將爆髮式增長的預期。「所以我想碳化矽晶圓尺寸發展也一樣，成熟的8英寸襯底推出后，必然會讓成本降低。當然先要面對研發、材料良率低等現階段難題，但實際上隨著技術進步，這也是之前6英寸研發過程中都遇到過的情況。」
還有一個不可忽視的問題是各地的積極建設。一些行業人士指出，在未來十年，整個碳化矽行業面臨著巨大機會，同時挑戰也很大。目前國內多個省份和城市已經開始推動碳化矽材料和器件等環節的大規模項目落地，這一方面意味著各地都在認可碳化矽的發展未來並積極促進，但另一方面，大規模建設后，在未來幾年可能也會面臨行業整合過程。
對此，廣州芯謀研究總經理謝瑞峰向21世紀經濟報導記者表示，不同地方的產業發展有其各自路徑。對於南沙區來說，汽車行業集聚是這裏的核心特色和亮點，因此圍繞汽車生態、車規級晶元進行發展就有其可行性。
同時，目前南沙在碳化矽領域的產業鏈已經部署相對完善。「我們稱為『聚沙成塔』，打開地圖看會發現，南沙的確是一家一家公司拼圖一樣拼出了一個產業園，從南砂晶圓開始不斷延伸產業鏈。因此我們認為，南沙發展半導體產業有其獨特的思路和節奏。」
（作者：駱軼琪 編輯：張偉賢）
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