產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵窗口期 專家熱議第三代半導(dǎo)體未來發(fā)展之路

    本報(bào)記者 劉釗

    以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體有許多不可替代的優(yōu)異性質(zhì)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，是國家重大需求和國際高科技產(chǎn)業(yè)競爭的關(guān)鍵領(lǐng)域之一，正處于產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵窗口期。6月15日，2023集邦咨詢第三代半導(dǎo)體前沿趨勢研討會(huì)在深圳舉行，與會(huì)專家就第三代半導(dǎo)體當(dāng)前的發(fā)展情況各抒己見，共同探尋產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路。

    北京大學(xué)寬禁帶半導(dǎo)體研究中心主任沈波表示，我國第三代半導(dǎo)體材料和器件在光電子、射頻電子和功率電子3大領(lǐng)域已經(jīng)建立了較為完整的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)體系，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)規(guī)模已居世界第一，但整體上第三代半導(dǎo)體技術(shù)與國際頂尖水平還有3到5年差距。目前，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)領(lǐng)域已具備全創(chuàng)新鏈研發(fā)能力，而第三代半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈也已基本形成，布局比較完整。

    氮化鎵技術(shù)突破推動(dòng)市場發(fā)展

    氮化鎵功率器件具有良好的耐熱性、導(dǎo)電性和散熱性。與硅元件相比，氮化鎵功率器件具有更高的電流密度和遷移率。華燦光電氮化鎵電力電子研發(fā)總監(jiān)邱紹諺表示，基于氮化鎵功率器件的電能轉(zhuǎn)換技術(shù)作為電力電子領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、數(shù)據(jù)中心等諸多領(lǐng)域，是推進(jìn)電能高效利用的關(guān)鍵技術(shù)，也是節(jié)能減排的重要技術(shù)。氮化鎵的技術(shù)突破，疊加各大廠商加入，加速了氮化鎵快充市場發(fā)展，這樣帶來的就是營收和市場規(guī)模的增長會(huì)比較快。

    邱紹諺進(jìn)一步表示，2023年其實(shí)才是真正氮化鎵的元年，氮化鎵剛開始出來除了做LED以外，并沒有攻入新能源市場，而轉(zhuǎn)去做消費(fèi)性電子，反而是碳化硅進(jìn)入了新能源市場。氮化鎵的功用應(yīng)該應(yīng)用到新能源市場，今年有很多大廠開始慢慢導(dǎo)入了車用，然后才會(huì)延伸到更多的新能源應(yīng)用領(lǐng)域。預(yù)計(jì)到2027年市場規(guī)模會(huì)達(dá)到20億美金。

    英諾賽科產(chǎn)品應(yīng)用總監(jiān)鄒艷波認(rèn)為，能源電子的發(fā)展趨勢有兩個(gè)方向。一個(gè)是高頻，這主要是因?yàn)樵诤芏鄳?yīng)用場景中，產(chǎn)品尺寸要求小型化，這就需要通過提升頻率，將電源轉(zhuǎn)換的尺寸做小。另一個(gè)是集成化，將功能子模塊進(jìn)行集成，這樣讓系統(tǒng)開發(fā)更簡單，更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。這幾年光伏發(fā)電上網(wǎng)價(jià)格可以做到跟傳統(tǒng)能源的價(jià)格相當(dāng)，這樣就解決了它的價(jià)格問題，并且光伏發(fā)電又是綠色、可持續(xù)發(fā)展的能源，相信未來它將成為能源的最終解決方案之一。而在光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)使用氮化鎵，可以將新能源利用的效率提升5%，同時(shí)在尺寸上減小30%，更利于系統(tǒng)的集成。期待氮化鎵在能源電子上得到應(yīng)用，早日實(shí)現(xiàn)能源自由。

    碳化硅需求與日俱增

    碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料，具有比硅更優(yōu)越的性能。不僅禁帶寬度較大，還兼具熱導(dǎo)率高、飽和電子漂移速率高、抗輻射性能強(qiáng)、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性，成為新能源汽車領(lǐng)域的“香餑餑”。近年來，隨著碳化硅應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，需求的激增，產(chǎn)業(yè)對(duì)于碳化硅外延片品質(zhì)和產(chǎn)能要求不斷提高，碳化硅外延設(shè)備也就占據(jù)了產(chǎn)業(yè)鏈上游關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

    納設(shè)智能總經(jīng)理陳炳安坦言，不管是硅基還是碳化硅，整個(gè)產(chǎn)業(yè)流程都是大同小異的。外延生長是SiC器件制造的核心環(huán)節(jié)，外延環(huán)節(jié)也占了芯片成本的25%，其中外延質(zhì)量對(duì)器件的性能影響非常大，因此做出智能化、穩(wěn)定的外延裝備至關(guān)重要。近幾年來，隨著新能源汽車、充電樁等下游應(yīng)用的發(fā)展，拉動(dòng)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)，截至2022年，國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)投資累計(jì)超1000億元。

    得益于優(yōu)異的能源轉(zhuǎn)換效率，碳化硅在電動(dòng)汽車、光伏、軌道交通、智能電網(wǎng)、家電等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用前景。國星光電研究院三代半導(dǎo)體研發(fā)總監(jiān)成年斌列舉了當(dāng)前三代半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀。以電動(dòng)汽車為例，據(jù)TrendForce集邦咨詢調(diào)查與分析，隨著越來越多車企開始在電驅(qū)系統(tǒng)中導(dǎo)入碳化硅技術(shù)，預(yù)估2026年車用碳化硅功率元件市場規(guī)模將攀升至39.4億美元。當(dāng)下，電動(dòng)汽車滲透率不斷增高，同時(shí)整車電氣架構(gòu)向800V高壓方向演進(jìn)，這一趨勢推動(dòng)了市場對(duì)碳化硅器件的需求。

    天科合達(dá)研發(fā)總監(jiān)婁艷芳表示，在綠色生態(tài)鏈中，碳化硅發(fā)揮著重要作用，也面臨著更為嚴(yán)苛的要求。其中，碳化硅襯底作為價(jià)值最重、工藝難度和門檻最高的環(huán)節(jié)，面臨著較大的挑戰(zhàn)。就成本來說，襯底成本占據(jù)整個(gè)產(chǎn)品制作的50%左右，也因此，8英寸襯底因有效利用率高，有助于產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)，已成為碳化硅領(lǐng)域的“兵家必爭之地”。

    集邦咨詢化合物半導(dǎo)體分析師龔瑞驕介紹，碳化硅市場的發(fā)展受到了新能源產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)，特別是新能源汽車的蓬勃發(fā)展，也是帶動(dòng)了碳化硅產(chǎn)業(yè)的騰飛。除此以外，碳化硅還參與到能源的生產(chǎn)與分配，包括EV、儲(chǔ)能、UPS、充電樁等等。這幾年電動(dòng)汽車與儲(chǔ)能設(shè)施的快速發(fā)展，是導(dǎo)致碳化硅供不應(yīng)求的主要因素。在種種下游應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)下，碳化硅功率元件市場規(guī)模將從2022年的16.1億美金成長到2026年的53.3億美金，復(fù)合增長率達(dá)到35%。

（編輯 何帆 白寶玉）