遠慮與近憂：第三代半導體快跑

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遠慮與近憂：第三代半導體快跑

1年前

遠慮與近憂：第三代半導體快跑

來源/21tech（nengwen-21）

作者/駱軼琪

編輯/林虹

圖源/圖蟲

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左手技術奔跑，右手積極擴產。

在新能源汽車和風光儲行業高速發展背景下，第三代半導體以其耐高壓、耐高溫等特性而備受關注。

當前技術仍在持續向前發展，在成本下降和良率提升等方面都有巨大提升空間。此前特斯拉宣布將大幅減少碳化硅用量，本質上就是源於碳化硅器件成本高企、同時產量尚且供不應求。

在此背景下，相關產業鏈公司在積極开疆拓土。近期意法半導體宣布與三安光電在國內花費超200億規模建廠，就有提前爲承接中國市場應用做准備的意圖，這對國內產業鏈也帶來一定壓力。

縱觀第三代半導體產業，歐美日巨頭佔據壟斷地位，但國內近些年間的快速發展，已經在技術上縮小了差距，並在積極推動車規和工規驗證，不過該兩項驗證都需要較長時間。

應用需求的龐大促成目前國內衆多企業參與，只是相關高端技術和先進工藝的門檻較高，意味着該行業後續不可避免會走向並購整合，實際上海外大廠近些年間已經开始在通過整合補全短板。整體來說，相比硅基市場，第三代半導體領域國內公司的快速奔跑取得了一定成果。

國際巨頭暫領先

結合第三方調研機構的統計可見，在第三代半導體兩大材料領域中，碳化硅器件由於特斯拉的率先應用，而取得了更爲快速的應用進展，相關企業隨之形成鮮明的市場份額差異。

集邦咨詢分析師龔瑞驕分析指出，在碳化硅功率器件市場，意法半導體2021年和2022年分別以40.8%和36.5%的份額位居市場絕對領先位置，加上其余Top4企業英飛凌、Wolfspeed、安森美和羅姆，全球前五家碳化硅功率器件廠商佔全球市場份額在2021年高居95%，2022年下滑到約90.4%，其中Wolfspeed和安森美的份額都有一定程度提高。

意法半導體得以佔據領先份額，就與其接下了特斯拉的碳化硅功率器件應用需求密切相關。

從技術發展脈絡角度，在2023集邦咨詢第三代半導體前沿趨勢研討會上，北京大學寬禁帶半導體研究中心主任沈波表示，拆分產業鏈來看，襯底、外延、芯片三個環節是技術含量更爲密集的部分，也是目前投資和創新重點。

碳化硅單晶近期發展迅速，目前6英寸襯底技術已經穩定導入產業；8英寸襯底正在探索商業化量產，其中尤以襯底絕對頭部大廠Wolfspeed推進最爲迅速，國內企業則是在有樣品或小規模供貨階段。

只是當前8英寸襯底的價格和良率仍有進一步突破空間，整體看，碳化硅襯底也是國內產業與海外差距最小的細分領域。沈波分析，國內市場在碳化硅單晶襯底領域已有30年研發積累，目前在缺陷控制、襯底尺寸、面型控制、器件性能和穩定性等方面的研發和產業化水平與國際大廠仍存在一定差距。

他指出，從襯底市場看，預計到2025-2030年間，4英寸襯底將逐漸退出市場，2026年6英寸襯底需求約爲200萬片。碳化硅整體芯片市場到2030年規模將達150億美元。

碳化硅器件方面，國際上從二極管、三極管到MOSFET等器件都在快速迭代。國內市場在600-1700V功率二極管方面已經規模化量產，但對於MOSFET功率器件的關鍵工藝技術和產業化水平仍與海外有差距，國內嚴格意義上還沒有廠商的MOSFET功率器件實現車規級認證，不過在今年將有一定進展。碳化硅IGBT在國內距離產業化還相對較遠。

氮化鎵功率器件相比碳化硅器件來說，在同時對效率、頻率、體積等綜合方面有要求的場景中，將更有優勢。沈波指出，國際上氮化鎵基器件已成功規模應用於快充領域。但目前問題是寄生效應嚴重，限制了氮化鎵基器件的性能。

“國內氮化鎵基功率器件角度看，材料和器件的整體研發水平基本與國際同步，但在部分特性指標上仍需努力，雖然已經應用於手機快充、通用電源等領域，但是產品可靠性與海外頭部廠商的水平還存在一定差距。”他續稱，綜合來看，國內市場在第三代半導體領域的全產業鏈都具備研發能力，相對缺乏的是碳化硅IGBT器件產品，在高端碳化硅產業鏈方面仍需加油。

競合終有一战

正在發展中的碳化硅和氮化鎵從技術路线和應用場景都還在探路進程中，不少業內人士都認爲，雖然目前看，兩種材料具有不同的原始材料屬性，但不排除隨着未來技術升級迭代，氮化鎵與碳化硅或許終有一战。

一位氮化鎵從業者就指出，過去一年內與整車廠交流發現，雖然目前上車的第三代半導體器件以碳化硅材料爲主，但如果有合適採用氮化鎵材料能通過車規認證的功率器件模塊、或其他合適的封裝方式，整機廠和OEM廠商都愿意推進採用。

因此，國際大廠已在紛紛开啓收並購動作。龔瑞驕對21世紀經濟報道記者表示，近些年間，碳化硅市場發生的整合主要爲海外大廠發起，主要以實現更爲完整的產業鏈控制爲目的，在有多余精力的情況下，還會向氮化鎵方向進行收並購或業務探索。其目的是減少成本、優化品質。

比如此前主要能力在碳化硅功率器件市場的英飛凌，通過收購頭部廠商GaN Systems得以快速拓展自身份額。據集邦咨詢統計，氮化硅功率器件按照2022年度收入表現看，Power Integrations自2018年开始在高壓氮化鎵市場佔據領先地位；排名第二的納微半導體佔據17%份額，2022年通過收購开始進軍碳化硅市場。

國內廠商英諾賽科排名全球第三，已經取得了15%份額，在全球有產能最大的8英寸產线，同時覆蓋高壓和低壓市場，並能夠對外提供晶圓代工服務。

“在這種形勢下，國內企業要趕超，需要從技術層面積極演進，並向國際企業學習，加速在產業鏈中驗證，比如國內廣闊的新能源汽車和工業類市場等，期待迅速從驗證中發現問題並解決。”他續稱。　

當前國內無論碳化硅還是氮化鎵，相關企業都有旺盛發展勢頭，要實現綜合競爭力提升、應用成本下降，未來難免也會走上整合道路。

一名碳化硅資深從業者對21世紀經濟報道記者分析，預計碳化硅外延環節廠商未來發展將遇到較大挑战，因爲處在上遊的襯底廠商有進入外延領域的想法，下遊器件廠商也想延伸進入外延領域。“綜合來看，碳化硅產業每個環節都存在一定過熱表現，最後就看誰能跑出來。”

實際上此前特斯拉宣布大幅縮減碳化硅用量，也是在倒逼產業鏈更加努力，畢竟當前碳化硅功率器件的應用成本還在硅基器件的2-3倍價格，這也意味着碳化硅仍有較大降價空間。

“我認爲車用功率器件中，碳化硅或者其他化合物半導體，未來一定會取代硅基器件，這點不用懷疑。只是碳化硅和氮化鎵仍在發展，不排除未來氮化鎵在車用市場會與碳化硅存在一定競爭。”前述人士續稱。

“目前碳化硅器件中的襯底和外延佔總芯片成本大約在60%，還有很大降價空間。”該人士分析，預估當碳化硅功率器件的成本僅是硅基器件的1.5倍左右時，由於其能夠爲整車帶來系統性的優化表現，屆時碳化硅功率器件將徹底取代硅基功率器件。當前大約每年能實現20%左右的成本下降空間，或是通過技術升級、或是通過產能擴充，因此產業整體還存在一定成本追趕的差距。