从多晶硅到碳⊥化硅，中国又一场新材料逆袭之â战。&
👽 d3; 来ધ源：亿欧网
ષ੩文｜陈ઝ俊一 马渭淞 苑晶铭
编辑ૢ | ™常亮↓
૦ 题¦图｜Pixabêay
福建"舰下Η水，众多军迷欢⊂呼雀跃。
一连串问题接踵而至：为什么不采用∈核动力、电磁弹射技术是否超过福特级、常¸规动力如何分配电力、航母还有૯哪些新技术值得一说……
其实¶，很多新技术在民用领域逐渐成熟之后，都♪能够੦在航母建设中发挥重要作用。
比如碳化硅（SiC），作ćc;为硅与碳相键结而成的陶瓷状化合物，在大自然一般以莫桑石等矿物形式存在。而航母甲板的î耐火涂层会用到碳化硅复合材料；航母上的相控阵雷达，需要使用基于碳化硅（SiC）的高功率收/发组件，让雷达的探测距离更远，目标分辨率更高；甚至太空中监控航母的卫星，也会用到碳化硅反射镜。
2018年，长春光机所研制出࠹4.03米口径的高精度碳化硅非球面反射镜。有外媒报道，该反射镜发射到太空，甚至能看清某国航母甲板上的裂缝。
用于耐火涂层、反射镜的碳化硅，用于相控雷达的碳化硅，其实是两种不同的材料。前者属于“碳Â化硅复合材料”，后者则属于“第三代半导体碳化硅”，两者应用领域完全不同。
碳化硅复合材料主要应用于航空航天Φ、核能、轨道交通、光学系统，以耐高温、高强度、抗氧化、耐腐蚀、耐冲击、强韧性等为特点；作为第三代半导体材料的碳化Ÿ硅，主要是作为功率半导体器件的衬底材料，用于通信、雷达、汽车、高铁、卫星通信、航空航天等场景，比如新能源汽车的功率控制单元、逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等。
⇒ 本文则主要ⓟ聚焦„作为第三代半导体材料的碳化硅——中国碳化硅产业能否像光伏产业那样逆袭成功？
ⓨ为什—≅么是碳化硅？
以碳化硅为代表的第三代半导体，具备优异的材料物理ú特性。∠早在2018年，特斯拉MODEL 3在主逆变器中就安装了24γ个由意法半导体生产的碳化硅MOSFET功率模块。
☞ 彼时，一块碳化硅芯片的价格要比传统硅芯片贵十倍左右。一直以来，特斯拉在成本控制上都极为谨慎，因此采用模块化平台、车体压铸一体成型、电池包优化设计、放弃激ਫ光雷达，尽可能压缩成本。相比之下，为了提升续航能力，特斯拉愿意为碳化硅芯片花费重金，可见碳化硅的☏性能不可替代。
我国政府也在积极鼓励推动碳化硅材料的应用。202¾1年，十四五规划等政策就提出我国将加速推动以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体新材料新技术产业化进程，催生一批高速Ù成长的新材料企💼业。
据TrendForce，全球碳化硅、氮化镓功率半导体市场预计2022年将达ü到18.4亿美元，2025年会进一步增长到52.9亿美元。Yole发布的Power SiC 2022报告更预测到2027年，碳化硅器件市场将超过70亿美元，比2021年的10亿美元增加60亿美元。Wolfspeed援引Yoñle数据则预估2026年，仅碳化硅材料领域市场空间就有17亿美元。
市场需求增加之下，全球碳化硅市场未 来几年将处于高速ü成Ǝ长阶段。
此外，在碳中和趋势下，碳化硅有望在新能源汽车、光伏、风电、工控等¦领域持♥续渗透。σ
以新能源汽车为例，根据CreeΠ公司提▦供的测算♨，将纯电动车的逆变器中的功率组件改成碳化硅器件时,由于电能转换效率提高、电能利用效率提高、无效热耗减少，整车功耗可以减少约5%到10%。
ૢ 中国企业正逐步掌²握核心技术
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碳化硅未来市场庞大，而中国近年来也频繁出台政策Θ助力碳化硅等第三代半导体行业发展♦，国内产业链逐步成熟。
作为第三代半导体产业发展的重要基础材料，碳化硅功率器件以其优异的耐高压、耐高温、低损å耗等性能，能够ϑ有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求。在新能源汽车、光伏发电、轨道交通ੈ、智能电网等领域具有明显优势。
目前，碳化硅衬底主流尺寸为4-6 英寸，8 d0;英寸衬底仅有Wolf≠speed、II-VI 公司和意法半导体等少数几家研制成功，其中，美国半导体材料和设备公司Wolfspeed 是首家掌握8 英寸量产技术并建设晶圆厂的公司。
传统半导体行业中，中国与发达国家存在较大差距‹；但全球碳化硅第三代半导体仍处于产业化初期，中国与发达国家的整体差距却并不大。同时，受益于中国5G通讯、新能源λ等新兴产业的技术水平、产业化规模的世界领先地位，国内碳化硅器件巨大的应用市场空间›驱动上游半导体材料行业快速发展。
法国专利分析机构 K૨nowmade 5月发布的碳化硅产业链知识产权报告就从衬底、外延到器件、模块各环节梳理了不同国ૢ家厂商与研究机构专利布局，并指出，在价值极高的衬底领域，尽管 Wolfspeed、II-VI 等厂商∩不断申请新专利，但日本企业住友电工和昭和电工仍然占据优势地位，山东天岳、天科合达等中国厂商也已有一定规模布局。
据统计，在半绝缘型碳化硅衬底方面，2020年全球半绝缘型碳„化硅衬底市场集Ād;中度较高，美国的Wolfspeed、II-IV以及国内山东天岳三家独大，占比合计高达98⇓%。
除此之外，在导电型碳化硅衬底方面，虽然在2020年底美国的Wolfspeed依§旧一家独大，市占率高达62%，但II-VI、SiCrystal、SKSiltron、天科⊂合达等企业也成功占领了部分市场份额。
°由此可见，在碳化硅产业中，中国憨企业正逐渐向上游进发，正逐步掌握核心技术。
而在碳化硅的专利∝申γ请领域，供应链各个环节中已存在大量拥有知识产权的中国企业。
例如，在块状碳ⓞ化硅领域，中国电科研究所、山东大学和中科院（上海硅酸盐研究所、物理研究所、ℜ半导体研究所）等研究机构在中国率先开展了碳化硅晶体◯生长的研究。
并且在中科院上海硅酸盐研究所支持下，北京世纪金光于2012年建立其首条ν四英寸试点生产线，并于2016年和2017年获得了北京华进创威电હ子在块状碳化硅领域拥有的至少17项专利发明的દ知识产权。
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近日，中国科学院物理研究所也宣布，已成功研制出单一4H晶型的8英寸碳化硅晶体，晶坯厚度接近19.6 mm，同时加工出了厚度约2mm的8英寸SiCਰ晶片，相关工作已申请了三项中国发明专½利。
正因为中国企业在碳化硅领域接连不断获取专利，Knowmade在报告着重提出，中国企业正ï加快专利申请，以支持形成自主可控的完整国内供应链，'中国大陆地区专利Ó申请已经覆盖了整个产业链，并形成了较为活跃的知识产权合作网络。
Ô ગ8英ਫ਼寸碳化硅普及还需至少5年
随着中国科研机构以及中国企业在核心技术上逐步缩小与 &nbગsp;Wolfspeed、意法半导体等的差距，š中国正在掀起一场“数量压倒þ质量”的全球碳化硅产业格局变革。
数量压倒质量઼ⓗ并非不注重高精尖研发，而是在碳化硅技术先进性较国外企业有所落后的情况ⓝ下，用中国更广大的市场、更庞大的产能，奋起直追，直到占据碳化硅产业大部分产能，并占领技术的制高点。
比如，我国૪拥有全球最多的5G基站，ⓓ现已建成了5G基站数量占全球70%以上。据5月17日工业和信息化部副部长张云明的通报，目前我国已建成5G基站近160万个。中国信息通信研究院副院长王志勤也在行业会议上透露，2022年预计ⓝ将新建60万个5G基站，5G基站总数到年底将超过200万个。
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² 全球最多数量5G基站的能耗问题，就是碳化硅可以应用的一大⁄下游市场。
据了解，5G单位比特能耗是4GΣ的1/5，但5G峰值速率相比4G增长了20倍，且配套设备、天线数、站点数相比⇑4G成倍增加，因此5G网ⓠ络实际耗能大于4G网络。。
数据显示，5G基站的电费支出占整体网络能耗的80%以上。比如设备发热问题严重›，为保障设备的稳定运行，机房就需要配置空调。这样一来，不仅站点占地面积大，空调能耗高，站点能效通常只有◈50%只有6👽0%。因此，各大运营商纷纷提出5G绿色机房、绿色基站建设，这也给碳化硅应用提供了广阔的市场空间。
尽管目前બ全球市场份额中国企业只占据小头，Wolfspeed、Soitec、意法半导体、英飞凌、罗姆等仍占据主要市场。但光伏领域的成功逆袭，意味着在碳化硅领域再复制一场“数量压倒ća;质量”的成功，并非不可能。
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多晶硅、硅片等光伏领域Ô，我国技术最初远落后于国Ąf;外，产能占全球比例更是微乎其微。但从21世纪初开始，中国企业奋起直追，目前硅料、硅片均占据了全球七成以上产能。
据火石ਜ创造统计，以2020年营收排序的2021全球૮光伏企业20强中，中国企业占据18个席位，其他国家只有韩国韩华、美国FirstSolar两家企业入选，且与营收均超50亿美元的榜单前三隆基、协鑫、晶↵科差距极大。
这还只是2020年Æ营收，2021年中国光伏企业又一次大幅增长，也进一步拉大了与&#ffe1;ટ国外企业的差距。
而碳化硅作为第三代半❄导体材料，中国产业链与国际领先水平的差距并不像第一代半导体那么大，已经初步形成了从衬底、外延片到器件、模块较为完整的产品供≠应链。在8英寸晶圆上，国际ó头部厂商也依然处于起步阶段。
据中国电子报报道，碳化硅领域头部厂商都在布局比6英寸更加先进的8英寸碳化硅晶圆，Wolfspeed2015年便展示了8英寸碳化硅衬底；Soiteφc于2021年宣布5年投资计划，将新建的两座碳化硅晶圆厂中，一座为6英૮寸、一座为8英寸；意法半导体2019年收购Norste，并将其更名为意法半导体碳化硅公司后也表示，将进行8英寸碳化硅晶圆的生产开发，并计划在8英寸碳化硅晶圆上率先制造功率二极管、MOSFET等产品。
但碳化硅晶圆向8英寸升💼级之路依然充满不确定性，碳化硅的8英寸时代只是初现曙光，并没有真正到来。IGBT发明人B.Jayant Baliga就曾指出，碳化硅î与硅基半导体材料相比，衬底生长极为困难和缓慢，8英寸与6英寸碳化硅晶圆的工艺有很大差别，6英寸技术上的经验并不能直接复用于8英寸。
Wolfspeed尽管已率先启动8Η英寸碳化硅晶圆厂试产ç，但专业人士预计，整个碳化硅行业要想真正进入8英寸时代预计还需要5到6年的过ë渡时间。
而这些过渡时间，也恰好给了中国厂商ઢ更多的准备时间。在产业竞争છ中，5年时间，往往就会发生很大变化。
੫写在最å后જ
新能源汽车，ⓣ是碳化硅目前最‘为看重的应用ਊ领域。
蔚Ò来最新款车型ES7就应用了碳化硅功率模块的第二代高效电驱平台，在效能更高的同时还使Ećf;S7百公里加速仅需3.9秒。ù
近日上市号称“50ક0万内最好”的理想L9，其电驱系统中就采用了来自苏州斯‰科半导体的碳化硅功率模块。而斯科半导体是2022Û年3月刚成立的一家企业，由理想汽车与三安光电共同出资组建，主要专注于第三代半导体碳化硅车规芯片模组的研发及生产。
这也可见，车企同样看重碳化硅，并尝试涉足上游碳化硅产业链。由于斯科半导体还没有投产，理想L9上的斯科碳化硅功率&模块，估Λ计来自三安光电产线。
据报道，一台新能源汽车上使用的硅基IGBT模块价格约为1500-1700元，而碳化硅MOSFET功率模◙块的价格约是硅基IG‹BT模块的2.5-3倍，随着技术进步未来仍有降价空间，这也意味着将会有更多新能源汽车搭载。
当然，中国碳化硅企业要想上演一场堪比光伏领域η的逆袭之战，除了要赢得新能源车领域的“战争”，更要将普及碳化硅的战事引到更多领域，如此，才能借助中国庞大的市场需求，再次创造一场Āe;碳化硅逆袭之战。
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