(相关资料图)
TechInsights 表示，碳化硅市场收益在 2022 年至 2027 年期间将以 35% 的复合年增长率从 12 亿美元增长到 53 亿美元（当前约 364.11 亿元人民币）。到 2029 年，该市场规模将增长到 94 亿美元（当前约 645.78 亿元人民币），其中中国将占一半。报告指出，近年来，中国半导体企业在开发和生产碳化硅半导体产品方面取得了重大进展，且应用范围广泛，这包括了汽车行业。
SiC市场“蓄势待发”业内普遍认为，碳化硅功率器件在新能源汽车领域具有显著的性能等优势，在主逆变器里，采用碳化硅MOSFET可提高约5%的系统效率。斯达半导董事长沈华接受采访也曾表示，主逆变器采用碳化硅让整车厂有了两个选择：一是采用相同电池容量，续航里程可提升5%；二是设计相同的续航里程，但电池容量可减少5%。目前，各大供应商以及整车厂正围绕800V架构对电驱系统中的零部件进行迭代更新。而碳化硅的崛起，与电动汽车的800V高压平台系统算是「绝配」。在800V高压平台火热的趋势下，据行业预测，未来几年SiC功率元器件将随着800V平台的大规模上车进入快速爆发阶段。2022年，斯达半导体的SiC MOS模块开始在新能源车主驱上大批量装车，随着小鹏G9逐步起量，SiC出货量将不断增长，公司新增多个800V的项目定点。斯达今日业绩说明会上表示：预计公司自主芯片的车规级SiC MOS模块将于23年向主电机控制器客户批量供货，为SiC MOS模块营收增长提供推动力。国产SiC芯片主驱批量应用已“箭在弦上”2022年国产SiC MOSFET 推出迅速。据CASA数据，国内至少有14家企业推出多款 SiC MOSFET产品，虽用于主驱应用的mos产品仍屈指可数。五十五所、清纯半导体、士兰微、瞻芯、爱仕特等公司也已经开始给主驱送样测试。日前，一汽对外发文称，公司首款电驱用750V碳化硅功率芯片已于4月10日完成样品流片，正式进入产品级测试阶段。根据报道，红旗功率电子开发部联合中电科55所，从结构设计、工艺技术、材料应用维度开展技术攻关，使得该芯片比导通电阻达到2.15mΩ·cm²，最高工作结温175℃，达到国际先进水平。SiC装备耗材国产率提升关键环节仍被卡脖子SiC半导体产业的链条非常长，涉及粉料制备、单晶生长、晶体加工、外延生长、器件制造和封装测试等，各个环节的专业性要求都非常强，同时对技术和资本投入的要求也很高。SiC产业各环节的技术水平很大程度上受到关键装备和相关耗材直接影响，在过去很长一段时间内，国内SiC产业严重依赖进口装备和耗材，国内企业起步较晚。近年来，在市场的需求拉动下，国产SiC装备和关键耗材发展迅速，部分“卡脖子”现象得到明显缓解，但许多关键瓶颈有待过关迈坎。接下来，“行家说三代半”将逐一分析主要SiC产业环节的国产化进展。
长晶设备——自主化程度最高高质量的SiC单晶制备是整个产业链最为重要的一环，它直接影响了SiC器件的性能、可靠性和制造成本。早期，国内主要的SiC单晶生长企业通常都需要自行开发和制造SiC单晶生长设备，而近年来，北方华创、恒普科技、中电科2所和优晶光电等第三方设备企业崛起，为SiC产业提供了丰富且高质量的长晶炉设备，从整个产业链条来看，长晶设备是目前SiC国产化程度最高的环节。以恒普科技为例，2022年推出了2款感应式SiC晶体⽣⻓炉和新一代2.0版SiC电阻式晶体生长炉，以【轴径分离】为核心技术，与【新工艺】 组合，突破性地解决晶体“长大、长快、长厚”的行业核心难点。同时，恒普科技提供一个创新的解决方案，能够一次性将6英寸SiC晶体扩到8英寸，为行业提供一种新的思路，推进国内8英寸SiC衬底的国际竞争力。石墨、涂层技术有新突破SiC晶体生长系统主要由石墨坩埚、籽晶和SiC粉料等组成，其中等静压石墨耗材成本占比非常高。根据某SiC企业财报，其2021年的生产成本支出中，石墨件成本占比为45.21%，石墨毡占比为41.32%，合计占比高达86.53%，相比之下，碳粉、硅粉分别仅为0.97%、1.99%。目前，国内生产的等静压石墨质量参差不齐且生产率低，因此高度依赖日本、德国等进口产品，由于国外石墨企业不轻易扩产，导致国内SiC企业的扩产受到影响。某上市公司去年对外表示，他们原本计划加快SiC衬底扩产速度，但受一些辅料耗材进口方面的影响，预计2022年7 月份大概能出产 500-1000片。此外，在SiC长晶炉内增加多孔石墨板是业界研究的热点之一，对SiC长晶良率和厚度的提升效果非常突出，但也高度依赖进口。2022年，恒普科技率先实现了多孔石墨板技术突破，并达到国际领先水平，解决关键材料国产化问题，有助于提升国产SiC衬底的竞争力。石墨坩埚的纯净度和杂质多，对SiC长晶的成本高和产品良品率有直接的影响，因此为了提升坩埚的耐化学腐蚀性能和使用寿命，通常必须使用SiC或TaC等新涂层材料。过去，涂层石墨技术也高度依赖进口，近年来，志橙半导体等企业迅速成长，使得国内SiC企业有了更多的产品选择。相比，裸石墨或SiC涂层石墨，TaC涂层石墨可在2600°高温下稳定使用，与众多金属元素不反应，能显著提高工艺过程中对温度和杂质的控制。TaC涂层是解决SiC晶体边缘缺陷问题，提高晶体生长质量，是“长快、长厚、长大”的核心技术方向之一。为了推动行业技术发展，解决关键材料进口依赖，2022年恒普科技突破性解决了碳化钽涂层技术开发，相关产品达到了国际先进水平。国产外延设备崛起，摆脱寡头格局与硅器件不同，SiC器件需要在SiC衬底上沉积生长外延膜，利用外延膜生产器件, 因此SiC外延设备在产业链中处于承上启下的重要位置，其中，CVD技术是目前已经广泛商业化采用的SiC外延技术。早期，国内SiC外延设备研制基础非常薄弱，仅中电科48所、中科院半导体所、西安电子科技大学等少数单位具备相应的研制基础。因此，SiC外延设备市场长期处于呈寡头竞争状态，国内企业主要购买爱思强、LPE、TEL和Nuflare等设备。随着国内SiC产业的蓬勃发展，国产SiC外延设备的开发和产业化日益迫切。根据《2022碳化硅（SiC）产业调研白皮书》，经过过去20多年设备研发积累, 中电科48所、北方华创、纳设、芯三代、晶盛机电和季华实验室等国产设备企业已研制出4-6吋SiC外延生长设备，并且在成膜质量、生产率、稳定性、重复性和运行维护性等指标上实现了突破，缩短了与国外设备之间的差距，部分国内企业已经逐步进入了SiC外延设备行业第一阵营，设备出货量和订单量实现了百台级的突破，有力地支撑了国产碳化硅外延的大规模量产。
晶圆设备逐个攻破，连点成线除了SiC衬底外，晶圆制造难是国产SiC MOSFET尚未应用于主驱的关键所在，未来国产SiC芯片扩产也会受到关键设备的牵制。从设备来看，SiC器件产线的大部分设备与传统硅的生产设备相同，但由于SiC材料硬度高、熔点高等特性，需要一些特殊的生产设备与工艺——包括高温退火炉、高温离子注入机、SiC减薄设备、背面金属沉积设备、背面激光退火设备、SiC衬底和外延片表面缺陷检测和计量设备等。高温离子注入机方面，国外主要厂商包括爱发科、应用材料和NISSIN等，目前，国内企业中只有烁科中科信的离子注入机在碳化硅领域实现了批量应用，设备注入能量、束流大小、注入晶片温度等技术指标与国外相差不大。离子注入后仍需进行高温退火，才可以激活注入离子。高温退火炉国外主要厂商主要包括昇先创Centrothcrm、日本真空等。目前，中电科48所、北方华创等国内企业已量产了相关设备。制备SiC器件的栅极氧化层需要高温氧化炉。国外主要厂商包括昇先创Centrotherm、东横化学等，当前中电科48所、北方华创等国内企业的设备也能够用于生产碳化硅器件。据《2022碳化硅（SiC）产业调研白皮书》，除了碳化硅外延、离子注入、高温氧化/激活等碳化硅专用装备外，华卓精科等国内企业在激光退火、激光划片、PVD等关键设备方面也实现了批量供货，设备市场占有率稳步提升。总的来说，SiC器件产线国产设备开始连点成线，有助于进一步推动国产碳化硅芯片的高速发展。
相关文章 2022年中国通信行业经济运行月度报告（附全文）03-13关键词：
