中国碳化硅产业的国之重器

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有可能是下一个露笑

这个厉害了，大国重器！

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碳化硅--第三代半导体衬底材料的王者来自-* “2020世界半导体大会World Semiconductor Conference”将于2020年8月26日-28日在南京国际博览中心举办。


  在半导体业内从材料端分为：第一代元素半导体材料，如硅（Si）和锗(Ge)；第二代化合物半导体材料：如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等；第三代宽禁带材料，如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝（ALN）、氧化镓（Ga2O3）等。其中碳化硅和氮化镓是目前商业前景最明朗的半导体材料，堪称半导体产业内新一代“黄金赛道”

  在5G、新能源汽车、绿色照明、快充等新兴领域蓬勃发展及国家政策大力扶持的驱动下，2019年，我国第三代半导体衬底材料市场继续保持高速增长，市场规模达到7.86亿元，同比增长31.7%。预计未来三年中国第三代半导体衬底材料市场规模仍将保持20%以上的平均增长速度。2019年，我国第三代半导体器件市场规模达到86.29亿元，增长率达到99.7%。至2022年，第三代半导体器件市场规模将达到608.21亿元，增长率达到78.4%。
  未来三年，SiC材料将成为IGBT和MOSFET等大功率高频功率半导体器件的基础材料，被广泛用于交流电机、变频器、照明电路、牵引传动领域。预计到2022年SiC衬底市场规模将达到9.54亿元。未来随着5G商用的扩大，现行厂商将进一步由原先的4G设备更新至5G。5G基地台的布建密度更甚4G，而基地台内部使用的材料为GaN材料，预计到2022年GaN衬底市场规模将达到5.67亿元
  2019年共17个增产(含新建和扩产)项目(2018年6个)，已披露的投资扩产金额达到265.8亿元(不含光电)，较2018年同比增长60%。其中2019年SiC领域投资事件14起，涉及金额220.8亿元。GaN领域投资事件3起，涉及金额45亿元。在新基建的引领下，第三代半导体产业将成为未来半导体产业发展的重要引擎
  相比传统的硅材料，碳化硅的禁带宽度是硅的3倍；导热率为硅的4-5倍；击穿电压为硅的8倍；电子饱和漂移速率为硅的2倍

  目前碳化硅和氮化镓这两种芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，较为理想的方案便是在碳化硅单晶衬底上生长外延层。即碳化硅上长碳化硅外延层，用于制造功率器件；碳化硅上长氮化镓外延层，可以用来制造中低压高频功率器件（小于650V）、大功率微波射频器件以及光电器件

  有人不禁要问，碳化硅上长同质外延可以理解，但是为什么可以成为氮化镓外延片的最佳异质衬底？氮化镓外延片为什么不用氮化镓单晶衬底呢？其实从来理论上来讲，氮化镓外延片最好就是用本身氮化镓的单晶衬底，但是氮化镓单晶衬底实在太难了做，反应过程中有上百种副产物很难控制，同时长晶效率奇低，且面积较小、价格昂贵，不具备任何经济性。而碳化硅和氮化镓有着超过95%的晶格适配度，性能指标远超其他衬底材料，如蓝宝石、硅、砷化镓等。因此碳化硅基氮化镓外延片成为最佳选择。所以碳化硅衬底材料可以满足两种当下最具潜力材料的对衬底材料的需求，“一材两用”，因此这便是“得碳化硅者得天下”的说法来源
  如果只算碳化硅芯片，在功率半导体方面碳化硅的对比传统硅基功率芯片，有着无可比拟的优势：碳化硅能承受更大的电流和电压、更高的开关速度、更小的能量损失、更耐高温。因此用碳化硅的做成的功率模组可以相应的减少了电容、电感、线圈、散热组件的部件，使得整个功率器件模组更加轻巧、节能、输出功率更强，同时还增强了可靠性，优点十分明显。
  从终端应用层上来看在碳化硅材料在高铁、汽车电子、智能电网、光伏逆变、工业机电、数据中心、白色家电、消费电子、5G通信、次世代显示等领域有着广泛的应用，市场潜力巨大
  2015年，汽车巨头丰田便展示了全碳化硅模组的PCU。相比之下，碳化硅PCU仅为传统硅PCU的体积的1/5，重量减轻35%，电力损耗从20%降低到5%，提升混动车10%以上的经济性，经济社会效益十分明显。此外知名电动车厂商特斯拉的Model 3也宣布采用了意法半导体的全碳化硅模组。行业内外均已经看到碳化硅未来的巨大应用潜力，纷纷布局，因此“黄金赛道”名副其实
  目前4英寸碳化硅售价在4000-5000元左右，6英寸更是达到8000-10000元的水平，而且还有价无货。就这么薄薄的一片，买一只华为最新的5G手机，还有的找！但是你想买还买不到！作为全世界碳化硅龙头企业，美国科锐（Cree）几乎垄断了70%以上的产能，因此国内外下游厂家，纷纷和科锐签订长期合约锁定产能

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第三代半导体快速成长 企业IDM模式成超车方向？

2020-08-26 10:26
新材料情报NMT

关注发文“中国半导体材料与国外的差距已不是那么大，我很乐观地相信可以追得上。”在近日由中信建投证券与金沙江资本联合主办的“中国第三代半导体发展机遇交流峰会”上，鲜少露面的中芯国际创始人、原CEO张汝京发声。张汝京的发声绝对不是空穴来风，我国近几年半导体的发展和企业的模式提升，已经极大地保证了这个行业的发展。
5G、新能源都离不开第三代半导体
何谓第三代半导体？半导体发展至今已经历三个发展阶段：第一阶段是以硅（Si）、锗（Ge）为代表的第一代半导体原料；第二阶段是以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等化合物为代表；第三阶段是以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、硒化锌（ZnSe）等宽带半导体原料为主。
5G射频芯片必须用到第三代半导体，仅快充芯片在中国市场就非常庞大，整体看，随着中国在5G、电动汽车、超高压、特高压电网等领域布局走在前列，庞大的需求催生。
“第三代半导体跑道是敞开的，很难说哪家能够垄断行业。目前领跑者包括英飞凌、罗姆、Transphorm等，而中国胜在市场需求比较大。”金沙江资本创始人及董事局主席伍伸俊在采访中表示，如果能够组织好国际领先的设计团队、有规模的第三代芯片厂，就有希望推出更高水平的产品服务全球客户。
未来，新能源汽车、5G通信、数据中心等领域都将规模应用第三代半导体，随着中国在高科技领域的领跑，第三代半导体发展可以“换道超车”。


半导体行业最关键是人才 需投入耐心
一直以来，半导体产业一直是资金、技术、人才密集型产业，但张汝京强调，第三代半导体的投资并不大，关键还是人才。
为了满足市场需求，中国在国家层面制定了每年培养相当数量人才的计划。中国政府与北京大学、清华大学、复旦大学、厦门大学等四所综合大学共同打造培养半导体人才的“国家集成电路产教融合创新平台”。据中国媒体报道，该创新平台将针对中国集成电路发展中的关键“卡脖子”难题，深入研发新一代节点集成电路共性技术，涵盖芯片设计、EDA工具、器件工艺与芯片封装等方向，着力推进集成电路产业发展，以及人才培养、工程实践等。
在第三代半导体这个“新赛道”，从事半导体行业的工程师非常多，中国人才优势非常明显，“三星的崛起就是一个生动的案例：在小小的市场通过聚焦投入，加上国家政策支持和几代人努力，最终在半导体领域超过了领先的日本”。
IDM模式优势崭露头角
目前，半导体产业主要分为两种模式：一是从设计一直做到制造和封装的IDM模式，以英特尔、三星为代表；另一种是垂直分工模式，只设计或者只生产（Fabless或Foundry），前者以华为海思、高通、联发科为代表，后者以台积电、中芯国际为代表。第三代半导体是“后摩尔定律时代”，线宽不是很小，设备不特别贵，芯片设计、资本投资都占优势的情况下，唯有材料突破不易，这正是。
IDM的意思是国际整合元件制造商，是Integrated Device Manufacturing的英文缩写。港台媒体报道，过去国际IDM大厂几乎所有产品都一手包办，也正因为每项产品都要沾上一点边，但每项产品未必都能做到大量，占有最大市场占有率。


随着国际半导体产业趋势变化，目前所有IDM大厂已开始修正想法，希望能够朝向大规模‘Big player’方向去做，不要仅是成为各产业中规模不大的‘Bit player’。因此，为要真正做到专注，近期国际IDM大厂外包代工趋势遂日渐成形。
分久必合，合久必分，现在由于技术本身变化和市场机会，我们在每一个环节上受限，这种情况下中国第三代半导体可能会采用IDM模式。
过去IDM大厂之所以被称为IDM，主要原因便在于所有IDM大厂均希望能够做到包山包海的目标，最好卖给客户产品时，能够提供客户一次购足的需求，如此一来，IDM大厂便会不断地扩充旗下晶圆厂产能，不断地投入更多经费用于建厂。公司的IDM模式由产品需求决定，是符合发展规律的。