本土碳化硅產業面臨多重挑戰，芯粵能項目落地將為產業注入“強芯”力量

6月26日上午，2022年中國國際集成電路產業峰會暨IC NANSHA大會繼續進行，在寬禁帶半導體論壇上，芯粵能CTO相奇發布《碳化硅芯片制造助力產業鏈發展》的演講。

會上，相奇從當前能源需求持續增長以及“雙碳戰略”等宏觀角度，分析了碳化硅對當前全面提升能源轉換效率的重要作用。隨后，他從多應用領域闡明全球碳化硅市場發展機遇，并對目前全球市場競爭格局和本土廠商面臨的挑戰進行了深入的分析。

                                                                                “雙碳戰略”開啟新能源轉換黃金時代，碳化硅未來已來

國內的“雙碳戰略”被視為指引未來發展的關鍵策略。根據雙碳戰略，第一步是在2025年實現化石能源達峰，這階段煤炭石油消費量達峰，新能源平價時代來臨。第二步是高碳走向低碳，在非電領域，天然氣將取代石油煤炭；而電力領域，進入存量時代，儲能平價。第三步是2040年到2050低碳走向零碳，電力碳中和，氫能邁向平價。

在實現雙碳戰略的過程中，伴隨著能源需求持續增長，清潔電能替代化石燃料的發生。其中，電能轉換需求功率器件，而碳化硅功率器件可全面提升電能轉換效率。相奇指出，據統計，2030年中國大陸總用電量將達到10.5萬億度，若采用碳化硅功率器件替代傳統硅器件，可節電萬億度，約等于10個三峽大壩的發電量。

因此，相比于硅，碳化硅更適合功率器件。相同擊穿電壓下，碳化硅的導通電阻只是硅的1/344。材料性能方面，碳化硅具有禁帶寬度大、熱導率高、飽和電子漂移速度高、擊穿場強高等特點。相應的，碳化硅器件具備耐高溫高壓特性、結-殼熱阻低、開關速度快、通態電阻低等。用碳化硅器件的系統性能具有小型、輕量、高能效、驅動力強等優勢。

得益于碳化硅的性能優勢，全球碳化硅市場規模爆發式增長。在汽車和牽引領域，碳化硅可應用于新能源汽車的主驅逆變器、OBC、DC-DC、電機驅動、充電樁、軌道交通等。此外還有電源、光伏/儲能等可在生能源、國防航天、工業和消費電子等領域。

據Yole預測，2019-2025全球碳化硅市場將會以30%的復合增長率增長，市場規模預計從2020年的5.41億美元的增長至25.62億美元。數據反映了全球碳化硅市場增長強勁，但從市場競爭格局來看，全球碳化硅功率器件和襯底市場主要被海外巨頭占據。2020年碳化硅功率器件市場占有率CR5>90%，2020年全球碳化硅導電型襯底市場中，前兩大巨頭市占率超7成，Wolfspeed一家獨大，占比達60.3%。

                                                                                        本土碳化硅發展仍面臨多重挑戰，產業鏈任重道遠

全球碳化硅市場的爆發式增長，離不開中國市場的貢獻。據CASA Research數據，2021年國內新能源汽車功率半導體市場規模（含充電樁）約為31.2億元。到2026年，市場規模將達到193.6億元，CAGR高達44%。

國內新能源汽車市場的高速發展，也推動相關晶圓需求爆發。2021年全年我國汽車銷量2627.5萬輛，新能源汽車銷量350.72萬輛，滲透率17.42%，預計2025年汽車銷量達3000萬輛以上，新能源汽車滲透率接近50%。而相應的，2021年碳化硅6英寸等效晶圓為13.7萬片，預測2027年將達到263.5萬片。

盡管未來發展前景廣闊，但當下本土碳化硅產業鏈仍面臨較大的挑戰。單是在碳化硅器件制造方面，就存在這襯底外延成本占比高、良率受限于襯底缺陷、專用設備國產缺席、缺乏規模化生產平臺等挑戰。

具體來看，廠商面臨的碳化硅器件制造挑戰，關鍵在于成本和良率。在碳化硅器件總成本中，襯底材料占40%，外延占15%，器件占30%，其他的原料占15%，由此可見，襯底占總成本的比例很高。而襯底和外延的缺陷是影響良率的最主要原因。

與此同時，芯片制造的高精度也對碳化硅芯片的制造量產平臺提出了高要求。碳化硅芯片制造量產平臺要具備智能化、自動化和規模化等特色，以保證量產穩定和良率提升。

此外，由于起步晚于海外龍頭企業，因此，本土產業鏈在發展過程中，也要重視碳化硅器件技術的未來發展趨勢。相奇指出，碳化硅晶圓的200mm時代已經來臨、溝槽MOSFET結構創新受到高度關注，萬伏千安智能電網需要超高壓器件，界面質量導致遷移率低期待技術突破，器件設計和制造生態系統呼之欲出。

                                                                                  扎根中國集成電路產業“第三極”，芯粵能蓄勢待發

談及國內碳化硅器件設計和制造生態系統，廣州南沙應該板上有名。近期，廣州南沙舉行第二季度重大項目集中簽約暨芯粵能碳化硅芯片制造項目主體工程封頂活動。芯粵能碳化硅芯片制造項目的落地，填補南沙寬禁帶半導體全產業鏈中的“制造”環節。

目前，廣州南沙集成電路產業園已初步形成覆蓋寬禁帶半導體設計、制造、封測、材料全產業鏈的完整生態，推動南沙新區成為國內首個實現寬禁帶半導體全產業鏈布局的地區。

作為國內最大的面向車規級和工控領域碳化硅芯片制造和研發企業，芯粵能投資建設的面向車規級和工控領域碳化硅芯片制造項目被列為廣東“強芯工程”重大項目，也分別被廣東省、廣州市和南沙區列為重點建設項目，是目前國內唯一一家專注于車規級、具備規模化產業聚集及全產業鏈配套能力的碳化硅芯片制造項目，產品主要應用于新能源汽車、充電樁、工業電源、智能電網以及光伏發電等領域。

從芯粵能項目規劃來看，項目總投資額為75億元，建成年產24萬片6英寸和24萬片8英寸碳化硅晶圓芯片的生產能力，預計2023年5月底正式投產。

扎根于南沙車規級寬禁帶半導體產業基地，芯粵能正蓄勢待發，隨著產業項目的穩步推進落地，未來與產業鏈共同構建粵港澳大灣區碳化硅產業生態圈，助力廣東打造成中國集成電路產業“第三極”。

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