第三代半導(dǎo)體SiC襯底研究：產(chǎn)業(yè)瓶頸亟待突破-國內(nèi)廠商加速發(fā)展

第三代半導(dǎo)體SiC襯底研究：產(chǎn)業(yè)瓶頸亟待突破_國內(nèi)廠商加速發(fā)展

1.第三代半導(dǎo)體，SiC襯底性能優(yōu)越

1.1.SiC--新一代電力電子核心材料

碳化硅屬于第三代半導(dǎo)體材料，在低功耗、小型化、高壓、高頻的應(yīng)用場景有極大優(yōu)勢。第一代半導(dǎo)體主要有硅和鍺，廣泛應(yīng)用于集成電路等低壓、低頻、低功率場景。但是難以滿足高功率及高頻器件需求。砷化鎵是第二代半導(dǎo)體材料的代表，是制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管和通信器件的核心材料，但砷化鎵材料的禁帶寬度較小、擊穿電場低且具有毒性，無法在高溫、高頻、高功率器件領(lǐng)域推廣。第三代半導(dǎo)體材料以碳化硅、氮化鎵為代表，與前兩代半導(dǎo)體材料相比最大的優(yōu)勢是較寬的禁帶寬度，保證了其可擊穿更高的電場強(qiáng)度，適合制備耐高壓、高頻的功率器件。

碳化硅材料性能優(yōu)越，下游應(yīng)用廣泛。碳化硅制作的器件具有耐高溫、耐高壓、高頻、大功率、抗輻射等特點，具有開關(guān)速度快、效率高的優(yōu)勢，可大幅降低產(chǎn)品功耗、提高能量轉(zhuǎn)換效率并減小產(chǎn)品體積，下游應(yīng)用廣泛。目前碳化硅半導(dǎo)體主要應(yīng)用于以5G通信、國防軍工、航空航天為代表的射頻領(lǐng)域和以新能源汽車、“新基建”為代表的電力電子領(lǐng)域，在民用、軍用領(lǐng)域均具有明確且可觀的市場前景。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈分為襯底材料制備、外延層生長、器件制造以及下游應(yīng)用。通常采用物理氣相傳輸法（PVT法）制備碳化硅單晶，再在襯底上使用化學(xué)氣相沉積法（CVD法）等生成外延片，最后制成相關(guān)器件。在SiC器件的產(chǎn)業(yè)鏈中，由于襯底制造工藝難度大，產(chǎn)業(yè)鏈價值量主要集中于上游襯底環(huán)節(jié)。

1.2.碳化硅襯底可分為導(dǎo)電型與半絕緣型

襯底電學(xué)性能決定了下游芯片功能與性能的優(yōu)劣。碳化硅襯底可分為兩類：一類是具有高電阻率（電阻率≥105Ω·cm）的半絕緣型碳化硅襯底，另一類是低電阻率（電阻率區(qū)間為15~30mΩ·cm）的導(dǎo)電型碳化硅襯底。半絕緣型襯底：指電阻率高于105Ω〃cm的碳化硅襯底，主要用于制造氮化鎵微波射頻器件，是無線通訊領(lǐng)域的基礎(chǔ)性零部件。導(dǎo)電型襯底：指電阻率在15~30mΩ〃cm的碳化硅襯底。由導(dǎo)電型碳化硅襯底生長出的碳化硅外延片可進(jìn)一步制成功率器件，廣泛應(yīng)用于新能源汽車、光伏、智能電網(wǎng)、軌道交通等領(lǐng)域。

1.3.碳化硅襯底的尺寸演進(jìn)和發(fā)展態(tài)勢

碳化硅襯底的尺寸（按直徑計算）主要有2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4英寸（100mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）等規(guī)格。碳化硅襯底正在不斷向大尺寸的方向發(fā)展，目前行業(yè)內(nèi)公司主要量產(chǎn)產(chǎn)品尺寸集中在4英寸及6英寸。在最新技術(shù)研發(fā)儲備上，以行業(yè)領(lǐng)先者Cree公司的研發(fā)進(jìn)程為例，Cree公司已成功研發(fā)8英寸產(chǎn)品。

為提高生產(chǎn)效率并降低成本，大尺寸是碳化硅襯底制備技術(shù)的重要發(fā)展方向。襯底尺寸越大，單位襯底可制造的芯片數(shù)量越多，單位芯片成本越低。襯底的尺寸越大，邊緣的浪費就越小，有利于進(jìn)一步降低芯片的成本。

在半絕緣型碳化硅市場，目前主流的襯底產(chǎn)品規(guī)格為4英寸。在導(dǎo)電型碳化硅市場，目前主流的襯底產(chǎn)品規(guī)格為6英寸。在8英寸方面，與硅材料芯片相比，8英寸和6英寸SiC生產(chǎn)的主要差別在高溫工藝上，例如高溫離子注入，高溫氧化，高溫激活等，以及這些高溫工藝所需求的硬掩模工藝等。根據(jù)中國寬禁帶功率半導(dǎo)體及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的預(yù)測，預(yù)計2020-2025年國內(nèi)市場的需求，4英寸逐步從10萬片市場減少到5萬片，6英寸晶圓將從8萬片增長到20萬片；2025~2030年：4英寸晶圓將逐漸退出市場，6英寸晶圓將增長至40萬片。

2.下游市場多點開花，替代硅基材料進(jìn)程加快

由于碳化硅材料具備耐高溫、耐高壓、高功率、高頻、低能耗等優(yōu)良電氣特性，采用碳化硅襯底可突破傳統(tǒng)材料的物理限制，碳化硅器件將被廣泛用于新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、5G通訊、國防軍工等領(lǐng)域，發(fā)展前景廣闊。

2.1.受益新能源市場發(fā)展，導(dǎo)電型碳化硅襯底前景廣闊

導(dǎo)電型碳化硅襯底主要用于制作功率器件，是電力電子行業(yè)的核心。應(yīng)用場景有電動汽車、數(shù)字新基建、工業(yè)電機(jī)等。2018年全球功率器件的銷售額增長率為14%，達(dá)到163億美元。目前，功率器件主要由硅基材料制成，但是硅基器件由于自身的物理特性限制，其性能、能耗已達(dá)到極限，難以滿足新興電能應(yīng)用需求。

碳化硅功率器件憑借耐高壓、耐高溫等特點，可更加有效地應(yīng)用于新能源汽車等戰(zhàn)略領(lǐng)域。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2019年碳化硅功率器件的市場規(guī)模為5.41億美元，預(yù)計2025年將增長至25.62億美元，復(fù)合年增長率達(dá)30%。碳化硅功率器件市場的高速增長也將推動導(dǎo)電型碳化硅襯底的需求釋放。

2.1.1.新能源車銷量持續(xù)超預(yù)期，助推導(dǎo)電型碳化硅襯底發(fā)展

新能源汽車系統(tǒng)架構(gòu)中涉及到功率半導(dǎo)體應(yīng)用的組件包括：電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)（OBC）、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載DC/DC）和非車載充電樁。

新能源汽車的OBC、DC/DC和電機(jī)控制器主要采用Si基IGBT器件，碳化硅器件有望替代。IGBT已經(jīng)達(dá)到硅基材料的物理極限，難以滿足新能源汽車未來提高續(xù)航能力、減輕汽車重量、縮短充電時間等要求，碳化硅器件在未來存在明顯優(yōu)勢。對于主逆變器來說，采用SiC模塊替代IGBT模塊，其系統(tǒng)效率可以提高5%左右。

在電池容量相同的情況下，其續(xù)航里程可提高5%；在續(xù)航里程相同的情況下，電池容量可以減少5%，可為新能源汽車的使用節(jié)約大量成本。此外，IGBT是雙極型器件，在關(guān)斷時存在拖尾電流；而MOSFET是單極器件，不存在拖尾電流，該特性使得SiCMOSFET的開關(guān)損耗大幅降低，提高能源轉(zhuǎn)換效率。隨著越來越多的車廠提高車的電池電壓，在未來的高壓場景下，碳化硅的性能優(yōu)勢會更加明顯。

電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)：碳化硅功率器件主要應(yīng)用于新能源汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的電機(jī)控制器，可減小電力電子系統(tǒng)體積、提高功率密度等。特斯拉是第一家在主逆變器中集成全碳化硅功率器件的汽車廠商，其Model3車型率先采用了24個碳化硅MOSFET，采用標(biāo)準(zhǔn)6-switches逆變器拓?fù)洌總€switch由4個單管模塊組成，共24個單管模塊，可實現(xiàn)模塊

封裝良率的提升、半導(dǎo)體器件成本的下降。2020年比亞迪漢EV車型電機(jī)控制器使用其自主研發(fā)制造的SiCMOSFET控制模塊，可以在更高的電壓平臺下工作，減少設(shè)備電阻損失。比亞迪漢在電力電子系統(tǒng)更小的體積（同功率情況下，體積不及硅基IGBT的50%）下達(dá)到更高功率（363Kw），提升車型的加速性能，實現(xiàn)3.9s內(nèi)0-100公里的加速，延長汽車的續(xù)航里程（605公里），這均與碳化硅低開關(guān)、耐高壓、耐高溫、導(dǎo)熱率高的優(yōu)良特性有關(guān)。

車載充電系統(tǒng)（OBC）：車載蓄電池充電機(jī)可將來自電池子系統(tǒng)的DC電源轉(zhuǎn)換為主驅(qū)動電機(jī)的AC電源。SiC器件使得OBC的能量損耗減少、熱能管理改善。根據(jù)Wolfspeed，OBC采用碳化硅器件，與硅器件相比，其體積可減少60%，BOM成本將降低15%，在400V系統(tǒng)相同充電速度下，SiC充電量翻倍。目前，全球已有超過20家汽車廠商在車載充電系統(tǒng)中使用碳化硅功率器件電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載DC/DC）：車載DC/DC變換器可將動力電池輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電。采用碳化硅器件，設(shè)備溫度積累減少，加之材料本身高導(dǎo)熱率、耐高溫的特點，散熱設(shè)備可以簡化，從而減小變壓器體積。

非車載充電樁：非車載直流快速充電機(jī)可將輸入的外部AC電源轉(zhuǎn)換為電動車需要的DC電源。SiC的高開關(guān)速度保證了快速充電器的充電速度。目前大多數(shù)新能源汽車的電壓平臺為400V，為提高電動汽車的充電速度、減輕器件重量，新能源汽車800V電壓平臺正在推進(jìn)。據(jù)ST測試數(shù)據(jù)，在800V平臺下SiC器件損耗顯著低于IGBT，在常用的25%的負(fù)載下其損耗低于IGBT80%。

當(dāng)新能源汽車的電壓平臺提升至800V后，OBC、DC/DC及PDU等電源產(chǎn)品都需要升級，碳化硅器件在新能源汽車市場滲透率也將進(jìn)一步提高。目前，SiCMOSFET單管器件的價格大約為SiIGBT價格的3-5倍，800V電壓平臺下，整車成本及充電裝臵將會更昂貴，采用碳化硅器件模塊的車型有望率先應(yīng)用于高檔車。隨著碳化硅尺寸的增大、產(chǎn)業(yè)鏈的完善，碳化硅襯底成本下降，碳化硅器件會逐漸擴(kuò)展至中低端車市場，SiC市場空間將被進(jìn)一步打開。據(jù)CASA預(yù)測，到2025年新能源汽車中SiC功率半導(dǎo)體市場預(yù)計將以38％的年復(fù)合增長率增長。

新能源汽車碳化硅功率器件市場規(guī)模推算：據(jù)IDC預(yù)測數(shù)據(jù)，2025年中國新能源車銷量500萬臺左右。我們假設(shè)2025年中國新能源汽車銷量500萬~600萬輛，據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研，車規(guī)碳化硅電驅(qū)模塊價值量大約為3000-4000元，加之OBC、DC/DC等部件使用，假設(shè)整車的碳化硅器件價值量約為5000元，根據(jù)CASA數(shù)據(jù)，碳化硅襯底價值量大約為器件的50%，假設(shè)30%的新能源汽車采用碳化硅模塊，則預(yù)計到2025年新能源汽車SiC襯底需求空間為37.5-45億元。

2.1.2.光伏發(fā)電打開碳化硅襯底市場空間

采用碳化硅器件可有效提高光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換效率，根據(jù)天科合達(dá)招股書，碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET與碳化硅SBD結(jié)合的功率模塊的光伏逆變器，轉(zhuǎn)換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升50倍。高效、可靠、低成本發(fā)電正是光伏發(fā)電的未來發(fā)展方向，故碳化硅產(chǎn)品有望替代硅基器件光伏逆變器。根據(jù)SolarPowerEurope數(shù)據(jù)，我國光伏裝機(jī)容量保持增長態(tài)勢，有望在2025年達(dá)到101GW。近年來，越來越多的公司投資碳化硅光伏逆變器，追求低能耗、輕量級、高效率等，根據(jù)CASA預(yù)測，在2048年，光伏逆變器中碳化硅功率器件占比可達(dá)85%。

2.2.5G等無線通訊需求推動半絕緣型碳化硅襯底快速發(fā)展

半絕緣型碳化硅襯底主要應(yīng)用于制造氮化鎵射頻器件。微波射頻器件是實現(xiàn)信號發(fā)送和接收的基礎(chǔ)部件，是無線通訊的核心。與2G、3G、4G相比，5G的頻率較高，其跳躍式的反射特性使其傳輸距離較短，對功率的要求非常高。碳化硅基氮化鎵器件可滿足5G基站對于高頻、高速、高功率的要求，突破了砷化鎵和硅基LDMOS器件的缺陷。碳化硅基氮化鎵射頻器件已逐步成為5G功率放大器尤其宏基站功率放大器的主流技術(shù)路線。

賽迪顧問預(yù)測5G基站總數(shù)量將是4G基站1.1~1.5倍，大約為360萬至492萬宏基站，據(jù)YoleDevelopment預(yù)測，2025年全球射頻器件市場將超過250億美元，其中射頻功率放大器市場規(guī)模將從2018年的60億美元增長到2025年的104億美元，氮化鎵射頻器件在功率放大器中的滲透率將持續(xù)提高。隨著5G市場對碳化硅基氮化鎵器件需求的增長，半絕緣型碳化硅晶片的需求量也將大幅增長。

根據(jù)Yole的預(yù)測，半絕緣型碳化硅襯底市場出貨量（折算為4英寸）有望由2020年的16.56萬片增長至2025年的43.84萬片，期間復(fù)合增長率為21.50%。根據(jù)山東天岳招股書，2020年襯底的平均單位價格為9204.94元/片，粗略推算，2025年半絕緣型碳化硅襯底市場規(guī)模有望達(dá)到40.35億元。

3.碳化硅襯底技術(shù)壁壘高，處于產(chǎn)業(yè)鏈核心位臵

3.1.碳化硅襯底生產(chǎn)流程與硅基類似，但是難度大幅度增加

碳化硅襯底的制作流程一般包括原料合成、晶體生長、晶錠加工、晶棒切割、晶片研磨、拋光、清洗等環(huán)節(jié)。其中晶體生長階段為整個流程的核心，決定了碳化硅襯底的電學(xué)性質(zhì)。

原料合成：將高純硅粉和高純碳粉按工藝配方均勻混合，在2,000℃以上的高溫條件下，于反應(yīng)腔室內(nèi)通過特定反應(yīng)工藝，去除反應(yīng)環(huán)境中殘余的、反應(yīng)微粉表面吸附的痕量雜質(zhì)，使硅粉和碳粉按照既定化學(xué)計量比反應(yīng)合成特定晶型和顆粒度的碳化硅顆粒。再經(jīng)過破碎、篩分、清洗等工序，制得滿足晶體生長要求的高純度碳化硅粉原料。

晶體生長：目前主要有物理氣相傳輸法（PVT）、高溫化學(xué)氣相沉積法（HT-CVD）和液相法三種方法。其中液相法生長晶體因尺寸較小目前僅用于實驗室生長，綜合生長條件控制、生長效率、缺陷控制等因素，商業(yè)化的技術(shù)路線主要是PVT和HT-CVD，與HT-CVD法相比，采用PVT法生長的碳化硅單晶所需要的設(shè)備簡單，操作容易控制，設(shè)備價格以及運行成本低等優(yōu)點成為工業(yè)生產(chǎn)所采用的主要方法。

物理氣相傳輸法（PVT）：PVT法是碳化硅晶體生長的主流制備方式。將高純碳化硅微粉和籽晶分別臵于單晶生長爐內(nèi)圓柱狀密閉的石墨坩堝下部和頂部，通過感應(yīng)加熱的方式將坩堝加熱至2000℃以上，此時碳粉和硅粉升華分解成為Si原子、Si2C分子和SiC2分子等氣相物質(zhì)，控制籽晶處溫度略低于下部微粉處，在坩堝內(nèi)形成軸向溫度梯度。碳化硅微粉在高溫下升華形成不同氣相組分的反應(yīng)氣體，在溫度梯度驅(qū)動下到達(dá)溫度較低的籽晶處，并在其上結(jié)晶形成圓柱狀碳化硅晶錠。

碳化硅粉料純度對晶片質(zhì)量影響較大，粉料中一般含有極微量的氮，硼、鋁、鐵等雜質(zhì)，其中氮是n型摻雜劑，在碳化硅中產(chǎn)生游離的電子，硼、鋁是p型摻雜劑，產(chǎn)生游離的空穴。為了制備n型導(dǎo)電碳化硅晶片，在生長時需要通入氮氣，讓它產(chǎn)生的一部分電子中和掉硼、鋁產(chǎn)生的空穴（即補償），另外的游離電子使碳化硅表現(xiàn)為n型導(dǎo)電。為了制備高阻不導(dǎo)電的碳化硅（半絕緣型），在生長時需要加入釩（V）雜質(zhì)，釩既可以產(chǎn)生電子，也可以產(chǎn)生空穴，讓它產(chǎn)生的電子中和掉硼、鋁產(chǎn)生的空穴（即補償），它產(chǎn)生的空穴中和掉氮產(chǎn)生的電子，所以所生長的碳化硅幾乎沒有游離的電子、空穴，形成高阻不導(dǎo)電的晶片。

3.2.碳化硅襯底生產(chǎn)難度較高，溫場控制是工藝核心

工藝?yán)щy導(dǎo)致碳化硅襯底制造效率較低。碳化硅半導(dǎo)體晶片材料核心參數(shù)包括微管密度、位錯密度、電阻率、翹曲度、表面粗糙度等。與傳統(tǒng)的單晶硅使用提拉法制備不同，碳化硅材料因為一般條件下很難液相生長，現(xiàn)今市場主流采用氣相生長的方法，在密閉高溫腔體內(nèi)進(jìn)行原子有序排列并完成晶體生長、同時還要提升長晶效率是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，溫場控制是最核心的難度，后續(xù)將生長好的晶體加工成可以滿足半導(dǎo)體器件制造所需晶片又涉及一系列高難度工藝調(diào)控。在整個過程中主要有以下幾個難點：

溫度要求高，黑箱操作觀測難：一般而言，碳化硅氣相生長溫度在2300℃以上，且在生產(chǎn)中需要精確調(diào)控生長溫度，與之對比，硅僅需1600℃左右。高溫對設(shè)備和工藝控制帶來了極高的要求，生產(chǎn)過程幾乎是黑箱操作難以觀測。如果溫度和壓力控制稍有失誤，則會導(dǎo)致生長數(shù)天的產(chǎn)品失敗。長晶速度慢，時間成本高：碳化硅的生長速度緩慢，現(xiàn)有國內(nèi)主流工藝使用物理氣相傳輸法（PVT）約7天才能生長2cm左右。對比來看，硅棒拉晶2-3天即可拉出約2m長的8英寸硅棒。

晶型要求高，產(chǎn)出良率低：碳化硅存在200多種晶體結(jié)構(gòu)類型，其中六方結(jié)構(gòu)的4H型（4H-SiC）等少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)的單晶型碳化硅才是所需的半導(dǎo)體材料，在晶體生長過程中需要精確控制硅碳比、生長溫度梯度、晶體生長速率以及氣流氣壓等參數(shù)，需要精確的材料配比、熱場控制和經(jīng)驗積累，才能在高溫下制備出無缺陷、皆為4H晶型的可用碳化硅襯底否則容易產(chǎn)生多晶型夾雜，導(dǎo)致產(chǎn)出的晶體不合格。

材料硬度大，切割磨損高：碳化硅硬度僅次于金剛石，為第二硬的材料，這導(dǎo)致其切割、研磨、拋光的加工難度也顯著增加，工藝水平的提高需要長期的研發(fā)積累。另外，碳化硅晶片的厚度是會比硅基的硅的晶錠會薄很多。它在做切磨拋的時候需要更硬的一些設(shè)備，從而在切割、磨的時候碳化硅損失也會更多，產(chǎn)出比只有60%左右。

3.3.尺寸增加并進(jìn)一步改進(jìn)電化學(xué)性能是SiC技術(shù)下一階段發(fā)展方向

擴(kuò)徑技術(shù)：為提高生產(chǎn)效率并降低成本，大尺寸是碳化硅襯底制備技術(shù)的重要發(fā)展方向。目前國內(nèi)公司主要量產(chǎn)產(chǎn)品尺寸集中在4英寸及6英寸，而行業(yè)龍頭Cree已成功研發(fā)8英寸產(chǎn)品。隨著尺寸的不斷增大，擴(kuò)徑技術(shù)的要求也越來越高，需要綜合熱場設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、晶體制備工藝設(shè)計等多方面的技術(shù)控制要素，最終實現(xiàn)晶體的迭代擴(kuò)徑生長。改進(jìn)電學(xué)性能：碳化硅襯底以電學(xué)性能分為導(dǎo)電性與半絕緣型，未來技術(shù)的發(fā)展需要保證電學(xué)性能的不斷改進(jìn)。

半絕緣型襯底：目前行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)已普遍將電阻率穩(wěn)定控制在108Ω〃cm以上。在半絕緣型襯底制備過程中，去除晶體中的各種雜質(zhì)對實現(xiàn)碳化硅晶體本征高電阻率十分重要。因此在PVT制備條件下，生長反應(yīng)腔室內(nèi)的反應(yīng)物料的純度需要得到保證，以避免粉料釋放出雜質(zhì)。

導(dǎo)電型襯底：導(dǎo)電型碳化硅襯底具有低電阻率。在生產(chǎn)過程中，電阻率容易發(fā)生分布不均勻的情況，具體表現(xiàn)為徑向上電阻率中間低、邊緣高；軸向上電阻率生長前期低、后期高的特征，如何實現(xiàn)碳化硅襯底的均勻電阻率與不同碳化硅襯底的電阻率一致是未來技術(shù)發(fā)展趨勢。降低微管密度：微管是延伸并貫穿整個晶棒的中空管道，微管的存在密度將直接決定外延層的結(jié)晶質(zhì)量，器件區(qū)存在微管將直接導(dǎo)致器件漏電甚至擊穿失效。因此，降低微管密度是碳化硅產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要技術(shù)方向。

3.4.碳化硅襯底成本下降趨勢可期

在碳化硅器件成本結(jié)構(gòu)中，襯底成本約占50%。碳化硅襯底較低的供應(yīng)量和較高的價格一直是制約碳化硅基器件大規(guī)模應(yīng)用的主要因素之一，碳化硅襯底需要在2500度高溫設(shè)備下進(jìn)行生產(chǎn)，而硅晶只需1500度；碳化硅晶圓約需要7至10天，而硅晶棒只需要2天半；目前碳化硅晶圓主要是4英寸與6英寸，而用于功率器件的硅晶圓以8英寸為主，這意味著碳化硅單晶片所產(chǎn)芯片數(shù)量較少、碳化硅芯片制造成本較高,目前碳化硅功率器件的價格仍數(shù)倍于硅基器件，下游應(yīng)用領(lǐng)域仍需平衡碳化硅器件的高價格與碳化硅器件優(yōu)越性能帶來的綜合成本下降間的關(guān)系。

據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研，目前6寸導(dǎo)電型襯底片的市場零售價約1000美元/片,目前4、6寸片價格是硅的60倍以上，但是由于高頻、高壓的性能，可以降低對無源器件的使用，這同時能節(jié)省系統(tǒng)成本，碳化硅的系統(tǒng)成本目前是硅的2-8倍。結(jié)合國際技術(shù)路線對成本考量，到2025年有望下降至500美元以下，硅基和sic基的成本差距會在2倍內(nèi)，一些高電壓大電流的功率器件會被碳化硅替代和滲透。

4.國際龍頭企業(yè)占市場主要位臵，國內(nèi)企業(yè)加速追趕

4.1.國際大廠市場占有率高，提前布局大尺寸襯底量產(chǎn)計劃

Cree公司是全球龍頭，占主要地位。2020上半年全球半導(dǎo)體SiC晶片市場中，美國Cree出貨量占據(jù)全球45%，歐洲擁有完整的碳化硅襯底、外延、器件以及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈，主要企業(yè)有Siltronic、意法半導(dǎo)體、IQE、英飛凌等，在全球電力電子市場擁有強(qiáng)大的話語權(quán)；日本是設(shè)備和模塊開發(fā)方面的絕對領(lǐng)先者，代表企業(yè)有松下、羅姆、住友電氣、三菱等，羅姆子公司SiCrystal占據(jù)20%，II-VI占13%。

Cree公司能夠批量供應(yīng)4英寸至6英寸導(dǎo)電型和半絕緣型碳化硅襯底，且已成功研發(fā)并開始建設(shè)8英寸產(chǎn)品生產(chǎn)線，目前Cree公司的碳化硅晶片供應(yīng)量位居世界前列。貳陸公司能夠提供4至6英寸導(dǎo)電型和半絕緣型碳化硅襯底。在量產(chǎn)時間表方面，2019年5月，Cree宣布投入10億美元建設(shè)新工廠，將于2024年量產(chǎn)