各地碳化硅项目渐次落地 第三代半导体商用序幕徐徐拉开

日期:2019-12-17 来源:财联社阅读:520
核心提示:12月16日中德第三代半导体材料联合研究院项目签约落户西安。该项目技术可以以较高成功率稳定产出4英寸和6英寸SiC单晶晶圆,未来发展方向为大尺寸SiC单晶制备批量生产成熟技术和前沿半导体技术。
  据媒体报道,12月16日中德第三代半导体材料联合研究院项目签约落户西安。该项目技术可以以较高成功率稳定产出4英寸和6英寸SiC单晶晶圆,未来发展方向为大尺寸SiC单晶制备批量生产成熟技术和前沿半导体技术。
 
  第三代半导体材料项目渐次落地
 
  就在不久前,浙江省首个第三代半导体材料项目落户宁波,华大半导体完成宽禁带半导体材料项目签约,总投资10.5亿元,计划年产8万片4-6吋碳化硅衬底及外延片、碳化硅基氮化镓外延片,产品可广泛应用于5G通讯、新能源汽车、轨道交通、智能电网等领域。
 
  2019年9月,中科钢研碳化硅项目总部基地落户上海,赋能第三代半导体材料,力争用3到5年时间,将与其战略合作伙伴联合创设的国宏中宇,建设成以上海总部基地为核心,以碳化硅半导体材料为代表,聚集第三代半导体材料及其应用技术与产品的高新技术企业集团。
 
  2019年8月,华为通过哈勃投资入股山东天岳,并获10%股份。山东天岳核心产品为第三代半导体材料碳化硅。据公司官网介绍,碳化硅被称为是第三代半导体的核心材料,具有耐高压、耐高频等突出特点。此次投资或表明华为对于第三代半导体材料前景的认可。
 
  碳化硅是最接近大规模商业化的第三代半导体材料
 
  自半导体诞生以来,半导体材料便不断升级。第一代半导体材料主要是指硅(Si)、锗元素(Ge)半导体材料,其在集成电路、电脑、手机、航空航天、各类军事工程等领域中都得到了极为广泛的应用。
 
  第二代半导体材料主要指化合物半导体材料(如砷化镓)、三元化合物半导体(如GaAsAl)、玻璃半导体(如非晶硅)等,主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。
 
  与第一代和第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和度以及更高的抗辐射能力。
 
  碳化硅(SiC)属于第三代半导体材料,也是目前发展最成熟的宽禁带半导体材料,世界各国对SiC的研究非常重视,纷纷投入大量的人力物力积极发展,美国、欧洲、日本等不仅从国家层面上制定了相应的研究规划,而且一些国际电子业巨头也都投入巨资发展碳化硅半导体器件。
 
  产业链欧美占据关键位置 我国亦有诸多布局
 
  SiC生产过程分为SiC单晶生长、外延层生长及器件制造三大步骤,对应的是产业链衬底、外延、器件与模组三大环节。
 
  全球SiC产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大,全球SiC产量的70%-80%来自美国公司。欧洲则拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链,日本是设备和模块开发方面的绝对领先者。
 
  我国企业在SiC方面也多有布局,但大部分处于早期研发阶段,行业体量较小。SiC衬底方面,天科合达、山东天岳、同光晶体等均能供应3英寸-6英寸的单晶衬底;SiC外延片方面,厦门瀚天天成与东莞天域生产3英寸-6英寸SiC外延片;代工方面,三安光电旗下三安集成于2018年12月宣布推出国内第一家6英寸SiC晶圆代工制程,且全部工艺鉴定试验已完成。

  SiC将取代IGBT成为新能源车最佳选择
 
  SiC器件正广泛应用于电力电子领域中,作为制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一,SiC成为实现新能源汽车最佳性能的理想选择。目前SiC器件在新能源汽车上的应用主要是功率控制单元、逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等。
 
  相比于IGBT,SiC是更为先进的做控制器的电力电子芯片。虽然成本是IGBT的8-10倍,但SiC可以大幅度提高电机转速从而提升电机比功率,在做到高频率和高效率的同时,体积还非常小,约比IGBT小70-80%。此外,SiC还具有高频率但损耗低的优势,从而将新能源车效率再提高10%左右。这就意味着,电动车续航里程得到提升的同时,电池成本有可能大幅下降。
 
  丰田曾经公开表示,SiC具有与汽油发动机同等的重要性。从上世纪80年代开始,丰田就在研究SiC,比国际同行提前30年。特斯拉为追求行驶里程仅5%的提升,不惜以贵几倍的代价在业界率先全面采用SiC替代IGBT,Model3的控制器就是利用的SiC材料。比亚迪也宣布将在2023年全方位采用SiC替代,预计在2025年全面用SiC取代IGBT。
 
  根据Yole预测,2017-2023年,SiC功率器件市场将以每年31%的复合增长率增长,2023年将超过15亿美元;而SiC行业龙头Cree则表现得更为乐观,其预计到2022年,SiC在电动车用市场空间将快速成长到24亿美元,是2017年车用SiC整体收入(700万美元)的342倍。
 
  多家公司已布局第三代半导体材料
 
  露笑科技:公司今年11月与中科钢研、国宏中宇签署碳化硅项目战略合作协议,将为国宏中宇主导的碳化硅产业化项目定制约200台碳化硅长晶炉,设备总采购金额约3亿元。8月公司全资子公司露笑蓝宝石与国宏中宇签订总金额 1.26亿元的《碳化硅长晶成套设备定制合同》。
 
  三安光电:主要从事化合物半导体材料的研发与应用,专注于碳化硅、砷化镓、氮化镓等半导体新材料及相关领域。今年3月,三安光电旗下三安集成电路与美的集团达成战略合作,双方共同成立第三代半导体联合实验室,将通过研发第三代半导体功率器件导入白色家电,推动产业创新发展。
 
  海特高新:目前已完成包括砷化镓、氮化镓、碳化硅及磷化铟在内的6项工艺产品的开发,可支持制造功率放大器、混频器、低噪音放大器、开关、光电探测器、激光器、电力电子等产品,产品广泛应用于5G移动通信、人工智能、雷达、汽车电子等领域。截止目前公司部分产品已实现量产,服务客户数和订单持续增加。
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