“宽禁带半导体进入爆发“前夕”。

作者：飞飞 |

编辑：唐诗 |

去年11月底，特斯拉Model 3新款开售，其产品设计和功能变化都引起了外界关注。

在特斯拉Model 3车型中，SiC得到量产应用，这吸引了全球汽车厂商的目光。搭载SiC芯片的智能电动汽车，可提高续航里程，对突破现有电池能耗与控制系统上瓶颈，乃至整个新能源汽车行业都有重要意义。

目前，业内普遍认为以SiC为代表的宽禁带半导体将成为下一代半导体主要材料，那么宽禁带半导体当前发展状况如何？国内外发展宽禁带半导体有哪些区别？未来发展面临着哪些挑战？

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特斯拉Model 3首批搭载SiC

对于全球汽车厂商来说，特斯拉的每次动作，都会引起高度关注，特斯拉Model 3搭载了 SiC芯片，成为全球首批在量产中使用SiC芯片的汽车制造商之一。基于Model 3在市场上的成功，以及SiC在续航里程等方面的优势，SiC一经亮相，迅速成为全球芯片厂商和汽车厂商的关注焦点。

德国芯片制造商英飞凌推出用于电动汽车逆变器的SiC模块，紧接着，现代汽车宣布要在旗下电动汽车中使用SiC芯片，并且明确表示，使用SiC芯片的电动汽车续航里程将提高5%，这又为SiC作了正面宣传。

事实上，SiC芯片的确具有常规半导体难以比拟的优势，从SiC发展的历程中也不难看出，SiC也是目前研究相对更成熟的材料。

此前，硅（Si）和锗（Ge）作为半导体产业的主流，在集成电路、航空航天、新能源和光伏等产业中应用广泛。随着高端制造、大功率发光电子器件日益发展，对频率、效率和噪声等要求越来越高，第二代半导体砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）应运而生。

但到目前，人类在5G通信、智慧电网、宇航卫星、新能源汽车等前沿领域不断突破，体积更小、性能更优、效率更高的芯片材料成为产业进步的刚需，市场需求倒逼芯片材料不断革新。

在这种情况下，SiC碳化硅和GaN氮化镓作为第三代化合物半导体材料，正式进入人们视野。如前文现代汽车公开所述，SiC材料更加耐高温、耐腐蚀，这种优势有助于提升功率、减少散热，对提升新能源汽车续航的确有重要意义。

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国际巨头未完成垄断，国内有条件追赶

目前来看，对第三代半导体材料SiC和GaN的研究相对成熟，和前两代半导体材料相比，SiC在禁带宽度等方面有明显优势，也更耐高温、更抗辐射，在大功率、高温、高辐射应用场景中尤其适用。GaN材料则更耐压、更耐热、更耐腐蚀，在发光器件中比较适用。基于性能上的明显优势，国内外相关企业都在积极发展宽禁带半导体材料。

放眼全球，目前，宽禁带半导体技术和产业依然由国外企业所主导，但国际巨头还未形成行业标准，在规模上也未形成完全垄断。同时，我国内需市场庞大，在市场和应用上有明显优势，产业链条也日益完善。

在国际市场上，宽禁带半导体材料已经进入产业化快速发展阶段，在新能源汽车、5G通信、光伏、消费电子等领域应用广泛，代表性企业有Wolfspeed、onsemi、ROHM等，比如Wolfspeed，是全球最大的SiC衬底制造商，其主营业务是专门研究SiC材料，专注于第三代化合物半导体。

相比于国际市场，国内企业在整体技术研发和市场应用上有所落后，但近年来技术水平不断提升，部分技术已经达到国际先进水平，比如在宽禁带半导体微波射频芯片技术上就拥有明显优势。

此外，半导体照明技术的产业化应用也相对更成熟，2022年初我国宽禁带半导体产业的总产值接近8000亿元，其中大部分产值就来自于半导体照明。

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产业前景广阔，降本成为关键

宽禁带半导体快速崛起，已经成为全球半导体和相关产业竞争的焦点，我国内需市场规模庞大，并且又是以市场应用为驱动的发展模式，长期来看，我国宽禁带半导体在产业化上有诸多优势。

再者，和集成电路产业相比，宽禁带半导体产业对工艺技术、设计流程和精密程度的要求相对较低，因此企业进入的门槛不高，这也为国内企业成长提供了可能。

资本也看到了宽禁带半导体产业的巨大前景，也在加速推进宽禁带半导体产业发展，2021年，即使在疫情的背景下，仍有超过60家企业完成融资，这说明宽禁带半导体也被资本高度看好。

当然，看到行业发展的前景，也不应忽视面临的挑战。目前，宽禁带半导体使用领域主要集中在射频器件、大功率电力电子器件、光电器件上，应用领域仍有待拓展。此外，我国虽然已经实现了研发和生产相关产品，但产品迭代速度较慢，在应用端评价体系也相对缺乏。

长期来看，成本依然是决定宽禁带半导体产业化的重要因素，随着成本不断降低，产业化也将迎来加速。

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碳化硅半导体外延晶片：6、4、3英寸碳化硅外延晶片，应用于600V～6500V碳化硅电力电子功率器件。

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