“寬禁帶半導體進入爆發“前夕”。

作者：飛飛 |

編輯：唐詩 |

去年11月底，特斯拉Model 3新款开售，其產品設計和功能變化都引起了外界關注。

在特斯拉Model 3車型中，SiC得到量產應用，這吸引了全球汽車廠商的目光。搭載SiC芯片的智能電動汽車，可提高續航裏程，對突破現有電池能耗與控制系統上瓶頸，乃至整個新能源汽車行業都有重要意義。

目前，業內普遍認爲以SiC爲代表的寬禁帶半導體將成爲下一代半導體主要材料，那么寬禁帶半導體當前發展狀況如何？國內外發展寬禁帶半導體有哪些區別？未來發展面臨着哪些挑战？

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特斯拉Model 3首批搭載SiC

對於全球汽車廠商來說，特斯拉的每次動作，都會引起高度關注，特斯拉Model 3搭載了 SiC芯片，成爲全球首批在量產中使用SiC芯片的汽車制造商之一。基於Model 3在市場上的成功，以及SiC在續航裏程等方面的優勢，SiC一經亮相，迅速成爲全球芯片廠商和汽車廠商的關注焦點。

德國芯片制造商英飛凌推出用於電動汽車逆變器的SiC模塊，緊接着，現代汽車宣布要在旗下電動汽車中使用SiC芯片，並且明確表示，使用SiC芯片的電動汽車續航裏程將提高5%，這又爲SiC作了正面宣傳。

事實上，SiC芯片的確具有常規半導體難以比擬的優勢，從SiC發展的歷程中也不難看出，SiC也是目前研究相對更成熟的材料。

此前，硅（Si）和鍺（Ge）作爲半導體產業的主流，在集成電路、航空航天、新能源和光伏等產業中應用廣泛。隨着高端制造、大功率發光電子器件日益發展，對頻率、效率和噪聲等要求越來越高，第二代半導體砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）應運而生。

但到目前，人類在5G通信、智慧電網、宇航衛星、新能源汽車等前沿領域不斷突破，體積更小、性能更優、效率更高的芯片材料成爲產業進步的剛需，市場需求倒逼芯片材料不斷革新。

在這種情況下，SiC碳化硅和GaN氮化鎵作爲第三代化合物半導體材料，正式進入人們視野。如前文現代汽車公开所述，SiC材料更加耐高溫、耐腐蝕，這種優勢有助於提升功率、減少散熱，對提升新能源汽車續航的確有重要意義。

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國際巨頭未完成壟斷，國內有條件追趕

目前來看，對第三代半導體材料SiC和GaN的研究相對成熟，和前兩代半導體材料相比，SiC在禁帶寬度等方面有明顯優勢，也更耐高溫、更抗輻射，在大功率、高溫、高輻射應用場景中尤其適用。GaN材料則更耐壓、更耐熱、更耐腐蝕，在發光器件中比較適用。基於性能上的明顯優勢，國內外相關企業都在積極發展寬禁帶半導體材料。

放眼全球，目前，寬禁帶半導體技術和產業依然由國外企業所主導，但國際巨頭還未形成行業標准，在規模上也未形成完全壟斷。同時，我國內需市場龐大，在市場和應用上有明顯優勢，產業鏈條也日益完善。

在國際市場上，寬禁帶半導體材料已經進入產業化快速發展階段，在新能源汽車、5G通信、光伏、消費電子等領域應用廣泛，代表性企業有Wolfspeed、onsemi、ROHM等，比如Wolfspeed，是全球最大的SiC襯底制造商，其主營業務是專門研究SiC材料，專注於第三代化合物半導體。

相比於國際市場，國內企業在整體技術研發和市場應用上有所落後，但近年來技術水平不斷提升，部分技術已經達到國際先進水平，比如在寬禁帶半導體微波射頻芯片技術上就擁有明顯優勢。

此外，半導體照明技術的產業化應用也相對更成熟，2022年初我國寬禁帶半導體產業的總產值接近8000億元，其中大部分產值就來自於半導體照明。

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產業前景廣闊，降本成爲關鍵

寬禁帶半導體快速崛起，已經成爲全球半導體和相關產業競爭的焦點，我國內需市場規模龐大，並且又是以市場應用爲驅動的發展模式，長期來看，我國寬禁帶半導體在產業化上有諸多優勢。

再者，和集成電路產業相比，寬禁帶半導體產業對工藝技術、設計流程和精密程度的要求相對較低，因此企業進入的門檻不高，這也爲國內企業成長提供了可能。

資本也看到了寬禁帶半導體產業的巨大前景，也在加速推進寬禁帶半導體產業發展，2021年，即使在疫情的背景下，仍有超過60家企業完成融資，這說明寬禁帶半導體也被資本高度看好。

當然，看到行業發展的前景，也不應忽視面臨的挑战。目前，寬禁帶半導體使用領域主要集中在射頻器件、大功率電力電子器件、光電器件上，應用領域仍有待拓展。此外，我國雖然已經實現了研發和生產相關產品，但產品迭代速度較慢，在應用端評價體系也相對缺乏。

長期來看，成本依然是決定寬禁帶半導體產業化的重要因素，隨着成本不斷降低，產業化也將迎來加速。

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延伸閱讀

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