集微网消息，6月26日上午，2022年中国国际集成电路产业峰会暨IC NANSHA大会继续进行，在宽禁带半导体论坛上，芯粤能CTO相奇发布《碳化硅芯片制造助力产业链发展》的演讲。
会上，相奇从当前能源需求持续增长以及“双碳战略”等宏观角度，分析了碳化硅对当前全面提升能源转换效率的重要作用。随后，他从多应用领域阐明全球碳化硅市场发展机遇，并对目前全球市场竞争格局和本土厂商面临的挑战进行了深入的分析。
“双碳战略”开启新能源转换黄金时代，碳化硅未来已来
国内的“双碳战略”被视为指引未来发展的关键策略。根据双碳战略，第一步是在2025年实现化石能源达峰，这阶段煤炭石油消费量达峰，新能源平价时代来临。第二步是高碳走向低碳，在非电领域，天然气将取代石油煤炭；而电力领域，进入存量时代，储能平价。第三步是2040年到2050低碳走向零碳，电力碳中和，氢能迈向平价。
在实现双碳战略的过程中，伴随着能源需求持续增长，清洁电能替代化石燃料的发生。其中，电能转换需求功率器件，而碳化硅功率器件可全面提升电能转换效率。相奇指出，据统计，2030年中国大陆总用电量将达到10.5万亿度，若采用碳化硅功率器件替代传统硅器件，可节电万亿度，约等于10个三峡大坝的发电量。
因此，相比于硅，碳化硅更适合功率器件。相同击穿电压下，碳化硅的导通电阻只是硅的1/344。材料性能方面，碳化硅具有禁带宽度大、热导率高、饱和电子漂移速度高、击穿场强高等特点。相应的，碳化硅器件具备耐高温高压特性、结-壳热阻低、开关速度快、通态电阻低等。用碳化硅器件的系统性能具有小型、轻量、高能效、驱动力强等优势。
得益于碳化硅的性能优势，全球碳化硅市场规模爆发式增长。在汽车和牵引领域，碳化硅可应用于新能源汽车的主驱逆变器、OBC、DC-DC、电机驱动、充电桩、轨道交通等。此外还有电源、光伏/储能等可在生能源、国防航天、工业和消费电子等领域。
据Yole预测，2019-2025全球碳化硅市场将会以30%的复合增长率增长，市场规模预计从2020年的5.41亿美元的增长至25.62亿美元。数据反映了全球碳化硅市场增长强劲，但从市场竞争格局来看，全球碳化硅功率器件和衬底市场主要被海外巨头占据。2020年碳化硅功率器件市场占有率CR5>90%，2020年全球碳化硅导电型衬底市场中，前两大巨头市占率超7成，Wolfspeed一家独大，占比达60.3%。
本土碳化硅发展仍面临多重挑战，产业链任重道远
全球碳化硅市场的爆发式增长，离不开中国市场的贡献。据CASA Research数据，2021年国内新能源汽车功率半导体市场规模（含充电桩）约为31.2亿元。到2026年，市场规模将达到193.6亿元，CAGR高达44%。
国内新能源汽车市场的高速发展，也推动相关晶圆需求爆发。2021年全年我国汽车销量2627.5万辆，新能源汽车销量350.72万辆，渗透率17.42%，预计2025年汽车销量达3000万辆以上，新能源汽车渗透率接近50%。而相应的，2021年碳化硅6英寸等效晶圆为13.7万片，预测2027年将达到263.5万片。
尽管未来发展前景广阔，但当下本土碳化硅产业链仍面临较大的挑战。单是在碳化硅器件制造方面，就存在这衬底外延成本占比高、良率受限于衬底缺陷、专用设备国产缺席、缺乏规模化生产平台等挑战。
具体来看，厂商面临的碳化硅器件制造挑战，关键在于成本和良率。在碳化硅器件总成本中，衬底材料占40%，外延占15%，器件占30%，其他的原料占15%，由此可见，衬底占总成本的比例很高。而衬底和外延的缺陷是影响良率的最主要原因。
与此同时，芯片制造的高精度也对碳化硅芯片的制造量产平台提出了高要求。碳化硅芯片制造量产平台要具备智能化、自动化和规模化等特色，以保证量产稳定和良率提升。
此外，由于起步晚于海外龙头企业，因此，本土产业链在发展过程中，也要重视碳化硅器件技术的未来发展趋势。相奇指出，碳化硅晶圆的200mm时代已经来临、沟槽MOSFET结构创新受到高度关注，万伏千安智能电网需要超高压器件，界面质量导致迁移率低期待技术突破，器件设计和制造生态系统呼之欲出。
扎根中国集成电路产业“第三极”，芯粤能蓄势待发
谈及国内碳化硅器件设计和制造生态系统，广州南沙应该板上有名。近期，广州南沙举行第二季度重大项目集中签约暨芯粤能碳化硅芯片制造项目主体工程封顶活动。芯粤能碳化硅芯片制造项目的落地，填补南沙宽禁带半导体全产业链中的“制造”环节。
目前，广州南沙集成电路产业园已初步形成覆盖宽禁带半导体设计、制造、封测、材料全产业链的完整生态，推动南沙新区成为国内首个实现宽禁带半导体全产业链布局的地区。
作为国内最大的面向车规级和工控领域碳化硅芯片制造和研发企业，芯粤能投资建设的面向车规级和工控领域碳化硅芯片制造项目被列为广东“强芯工程”重大项目，也分别被广东省、广州市和南沙区列为重点建设项目，是目前国内唯一一家专注于车规级、具备规模化产业聚集及全产业链配套能力的碳化硅芯片制造项目，产品主要应用于新能源汽车、充电桩、工业电源、智能电网以及光伏发电等领域。
从芯粤能项目规划来看，项目总投资额为75亿元，建成年产24万片6英寸和24万片8英寸碳化硅晶圆芯片的生产能力，预计2023年5月底正式投产。
扎根于南沙车规级宽禁带半导体产业基地，芯粤能正蓄势待发，随着产业项目的稳步推进落地，未来与产业链共同构建粤港澳大湾区碳化硅产业生态圈，助力广东打造成中国集成电路产业“第三极”。
（校对/Andy）