關(guān)于未來之星SiC產(chǎn)業(yè)鏈研究

SiC是半導(dǎo)體領(lǐng)域最具成長力的材料，預(yù)計(jì)到2028年市場增長5倍。

來源：ST

SiC目前有兩大應(yīng)用市場，一是電動(dòng)車逆變器、充電樁、太陽能發(fā)電、直流電網(wǎng)中取代硅基IGBT，二是以SiC基板（Substrate，大陸多稱之為襯底，也有稱之為blankraw wafer，空白晶圓）承載GaN做5G基地臺(tái)的RF功率放大。

SiC和GaN都是市場備受矚目的第三代半導(dǎo)體材料，第一代是硅，第二代則是砷化鎵。第三代又稱寬帶隙半導(dǎo)體。其最主要應(yīng)用就是功率電子領(lǐng)域，功率半導(dǎo)體兩個(gè)最重要參數(shù)，一個(gè)是電子的遷移速率即速度/電流，另一個(gè)是能隙，其決定了半導(dǎo)體的崩潰電場，即最高承受電壓。 SiC和GaN能隙是硅的三倍多，崩潰電場是硅的近10倍。功率元件通常都做開關(guān)電源用，需要低導(dǎo)通電阻和大電流，大功率電力系統(tǒng)為提高轉(zhuǎn)換功率需要盡量提高電壓，而電壓=電場x距離。相同電壓下，SiC和GaN可以減少大約十倍的操作距離，距離為電阻成正比，即導(dǎo)通電阻很低。因此相對(duì)硅基半導(dǎo)體SiC和GaN可以大幅度提高電力系統(tǒng)效率。

來源：YOLE

SiC功率系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈，最上游的基板到器件設(shè)計(jì)，然后是外延片，再后是芯片處理也就是晶圓代工，然后是封測，最后是系統(tǒng)。
此外，要說一下GaN，GaN沒有安身立命的場所，它必須依附在某種基板上，通常有三種基板：一是藍(lán)寶石，藍(lán)寶石基板加GaN就是藍(lán)光或白光LED，這在20年前已經(jīng)由日本廠家發(fā)明；二是SiC基板，就是5G基站的射頻放大器，此外大功率軍用雷達(dá)也是典型應(yīng)用；三是硅基板，就是普通的功率元件，特別適合用在手機(jī)快充領(lǐng)域的功率元件。
與硅基半導(dǎo)體不同，SiC產(chǎn)業(yè)鏈多了外延片Epitaxy這個(gè)環(huán)節(jié)，臺(tái)灣稱之為磊晶，也有稱之為長晶。Epitaxy來自希臘文，epi代表在上方，而taxy指規(guī)則排列。之所以有這個(gè)工序是為了制造一層單晶機(jī)構(gòu)，發(fā)揮復(fù)合半導(dǎo)體最大效能，它厚度很薄，大約是一個(gè)分子或原子的高度，通常有三種工藝，液相磊晶、氣相磊晶（再分為化學(xué)氣相和物理氣相）和分子束磊晶。

來源：英飛凌

SiC MOSFET的成本結(jié)構(gòu)，超過一半來自基板，磊晶占的比例很低。 基板是SiC元件最關(guān)鍵的原材料，也是最具技術(shù)含量和含金量的領(lǐng)域，SiC元件成本中，基板至少占一半，車載領(lǐng)域?qū)ι嵋蟾?，因此所占成本更高，達(dá)65%。就6英寸晶圓來說SiC基板價(jià)格為900-1200美元，是硅的50倍。 實(shí)際SiC比硅出現(xiàn)的更早，早在1890年就已經(jīng)出現(xiàn)，但一直難于突破量產(chǎn)瓶頸。SiC單晶生長溫度高達(dá)2600℃，比硅基高1000°，且碳化硅只有“固-氣”二相，相比于第一代、第二代半導(dǎo)體的“固-液-氣”三相，控制起來要困難得多，沒有相關(guān)技術(shù)進(jìn)行參考借鑒。加上SiC的單晶結(jié)構(gòu)差不多有200余種同分異構(gòu)體，很多的晶型間的自由能差異非常小，需要幾十年的時(shí)間來摸索最合適的工藝，這些都給其單晶的產(chǎn)業(yè)化生長制備帶來了很大的挑戰(zhàn)。 冷戰(zhàn)時(shí)代，SiC材料是洲際導(dǎo)彈彈頭涂敷材料，美蘇都大力發(fā)展SiC材料制造工藝，最終用在電動(dòng)車上。俄羅斯圣彼得堡工業(yè)大學(xué)是全球SiC單晶成長技術(shù)的發(fā)源地，其后輾轉(zhuǎn)進(jìn)入了瑞典AMDS。

基板領(lǐng)域，Cree是絕對(duì)霸主，市場占有率超過60%，車載領(lǐng)域超過80%。Cree在SiC基板領(lǐng)域研發(fā)超過35年，主要技術(shù)來源實(shí)際是北卡萊羅納大學(xué)即NCSU，1987年NCSU的研究生約翰·帕爾默（John Palmour）發(fā)明專利，即SiC基MOSFET晶體管的發(fā)明，同年，約翰·帕爾默在NCSU的三角研究園創(chuàng)立Cree。但SiC基板一直無法突破，直到2006年Cree收購INTRINSIC Semiconductor，而這家公司則收購了瑞典AMDS和Bandgap Technologies 公司。最終歷經(jīng)30年研究，在2011年發(fā)布全球首個(gè)SiC MOSFET功率器件，然后依靠SiC基板技術(shù)，大力發(fā)展LED。 2015年9月，Cree公司將旗下功率和射頻部門（Power ＆ RF）分拆為獨(dú)立的“Wolfspeed”公司。英飛凌試圖收購該公司，被美國政府以牽涉國家安全為理由拒絕。

2019年，Cree成為大眾汽車集團(tuán)FAST（Future Automotive Supply Tracks，未來汽車供應(yīng)鏈）項(xiàng)目SiC獨(dú)家合作伙伴。

Cree的產(chǎn)能已被下游大客戶買斷，主要客戶包括ST、英飛凌、安森美。需要指出，ST不僅簽署了超5億美元的SiC基板購買合同，同時(shí)也以1.375億美元現(xiàn)金收購了瑞典SiC晶圓制造商N(yùn)orstel AB。 II-VI主要致力于SiC-GaN，即射頻領(lǐng)域。SiCrystal是日本SiC第一大廠羅姆的子公司，SiCrystal于2009年被羅姆低價(jià)收購。早在1999年，羅姆就開始聚焦SiC，最初的SiC MOSFET開發(fā)始于2002年，初始樣品于2005年出貨。隨后2007年試制了300A MOSFET，并于2008年發(fā)布了溝槽式器件。 2009年Rohm收購了SiC晶圓供應(yīng)商SiCrystal，隨后在2010年推出首批批量生產(chǎn)的SiC肖特基二極管和MOSFET，2012年批量生產(chǎn)全SiC模塊，2017年交付了6英寸SBD。SiCrystal是羅姆成為ST意法半導(dǎo)體之外最大的SiC元件大廠的主要原因，2020年初SiCrystal與ST簽署了1.2億美元的供貨大單。SiCrystal也是中國SiC設(shè)計(jì)公司最多采購的供應(yīng)商。 中國碳化硅材料供應(yīng)商有山東天岳。2019年中期，華為旗下的哈勃科技投資了以碳化硅為主要業(yè)務(wù)的山東天岳公司，并占股10%。早在2008年6月4日，山東天岳公司團(tuán)隊(duì)就提供了一項(xiàng)名為“用于半導(dǎo)體單晶生長的高純碳化硅粉的人工合成方法”的發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枺?00810016665.6）。

SiC磊晶領(lǐng)域所占價(jià)值很低，主要廠家是臺(tái)灣的嘉晶電子和昭和電工。國際大廠IQE、IET，臺(tái)灣聯(lián)亞、全新光電也有能力，但目前他們主要還是集中在市場更大的手機(jī)PA和VCSEL領(lǐng)域。 晶圓代工領(lǐng)域，SiC功率器件廠家基本上都自己擁有晶圓廠，不會(huì)委外代工。實(shí)際不止SiC功率器件領(lǐng)域內(nèi)如此，所有硅基功率器件領(lǐng)域內(nèi)也是如此。主要是考慮到成本控制問題，自有晶圓廠產(chǎn)品才能有競爭力。當(dāng)然，中國大陸廠家是能外包的都外包，降低固定資產(chǎn)投入。 目前SiC功率器件晶圓代工領(lǐng)域恐只有臺(tái)灣漢磊一家，漢磊是累積了8年經(jīng)驗(yàn)才開始從事SiC功率器件晶圓代工。環(huán)宇、嘉晶也有能力，但對(duì)此都缺乏興趣。漢磊幾乎是唯一選擇。漢磊的主力也不在此，畢竟市場太小了，基于SiC的GaN晶圓代工才是焦點(diǎn)，因?yàn)殡y度極高，一般廠家做不來，只有多年從事復(fù)合半導(dǎo)體晶圓代工的廠家才行。臺(tái)灣有全球前三大復(fù)合半導(dǎo)體晶圓代工廠，穩(wěn)懋、宏捷科、全新光電合計(jì)市場占有率超90%，比硅晶圓代工市場集中度更高。

下游SiC元件領(lǐng)域，ST占據(jù)絕對(duì)霸主地位，市場占有率超過50%，目前ST接獲的68個(gè)項(xiàng)目中工業(yè)和汽車領(lǐng)域各占一半。特斯拉是ST獨(dú)家供應(yīng)，比亞迪也在使用ST的SiC MOSFET。除ST外，英飛凌和羅姆占了大約40%的市場。安森美在SiC二極管領(lǐng)域也有一席之地。

來源：YOLE

現(xiàn)代和雷諾可能會(huì)是羅姆的大客戶，羅姆通過大陸汽車動(dòng)力總成事業(yè)群分拆的Vitesco供應(yīng)給現(xiàn)代和雷諾，此外PSA-FCA電驅(qū)動(dòng)軸也是Vitesco主要客戶。豐田則由電裝供應(yīng)。大眾、奧迪和奔馳未來可能由英飛凌供應(yīng)。這中間都需要通過電驅(qū)動(dòng)軸廠家配合。中國宇通則是采用常州斯達(dá)半導(dǎo)體的SiC MOSFET 1200V，由Cree提供成品晶圓，斯達(dá)半導(dǎo)體只做封裝測試。

原文標(biāo)題：未來之星：SiC產(chǎn)業(yè)鏈研究

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