近年來(lái)第三代半導(dǎo)體風(fēng)起，2022年投資、整合、擴(kuò)產(chǎn)不斷。

8月15日，氮化鎵龍頭納微半導(dǎo)體宣布收購(gòu)碳化硅企業(yè)GeneSiC，業(yè)務(wù)線拓展至碳化硅市場(chǎng)。據(jù)悉，GeneSiC在碳化硅功率器件領(lǐng)域排名前十，主要提供650V-6500V全系列車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅MOS，收購(gòu)總額約19億美元。

目前，碳化硅和氮化鎵是第三代半導(dǎo)體中應(yīng)用最廣的兩類材料，其中碳化硅商用更加成熟，氮化鎵市場(chǎng)初起步。在當(dāng)前的半導(dǎo)體世界中，硅器件仍占據(jù)九成市場(chǎng)，第三代半導(dǎo)體規(guī)模仍小、技術(shù)也需要再突破，但是整體成長(zhǎng)速度飛快。

在2022集邦咨詢第三代半導(dǎo)體前沿趨勢(shì)研討會(huì)上，集邦咨詢化合物半導(dǎo)體分析師龔瑞驕表示：“在全球疫情反復(fù)等客觀因素的影響下，消費(fèi)電子等終端市場(chǎng)需求有所下滑，但應(yīng)用于功率元件的第三代半導(dǎo)體在各領(lǐng)域的滲透率仍然呈現(xiàn)持續(xù)攀升之勢(shì)，其中，800V汽車(chē)電驅(qū)系統(tǒng)、高壓快充樁、消費(fèi)電子適配器、數(shù)據(jù)中心及通訊基站電源等領(lǐng)域的快速發(fā)展，推升了2022年SiC（碳化硅）/GaN（氮化鎵）功率半導(dǎo)體市場(chǎng)需求?！?/p>

國(guó)內(nèi)企業(yè)也紛紛落子第三代半導(dǎo)體，布局新能源、新基建等增長(zhǎng)型市場(chǎng)，同時(shí)也面臨著挑戰(zhàn)。龔瑞驕告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，整體來(lái)看，國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體的困境體現(xiàn)在兩方面，其一是器件技術(shù)方面，比如碳化硅MOS芯片和海外有較大差距，并且主要依靠海外代工；其二，原材料領(lǐng)域，國(guó)際上碳化硅襯底已經(jīng)進(jìn)入8英寸，中國(guó)才剛剛步入6英寸量產(chǎn)。

碳化硅加速上車(chē)

經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，碳化硅早已走向商用，而隨著全球低碳化趨勢(shì)，以及新能源汽車(chē)的崛起，碳化硅乘上了新東風(fēng)，尤其是在汽車(chē)領(lǐng)域，按下了上車(chē)的加速度。

根據(jù)TrendForce集邦咨詢最新報(bào)告《2022第三代半導(dǎo)體功率應(yīng)用市場(chǎng)報(bào)告》顯示，隨著越來(lái)越多車(chē)企開(kāi)始在電驅(qū)系統(tǒng)中導(dǎo)入SiC技術(shù)，預(yù)估2022年車(chē)用SiC功率元件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到10.7億美元，至2026年將攀升至39.4億美元。

Wolfspeed中國(guó)區(qū)銷(xiāo)售與市場(chǎng)副總裁張三嶺談道，終端應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)于高效率、高功率密度、節(jié)能省耗的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求日益增強(qiáng)，與此同時(shí)，各國(guó)能效標(biāo)準(zhǔn)也不斷演進(jìn)，在此背景下，SiC憑借耐高溫、開(kāi)關(guān)更快、導(dǎo)熱更好、低阻抗、更穩(wěn)定等出色特性，正在不同的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱。

他舉例道，以電動(dòng)汽車(chē)的22kW OBC（車(chē)載充電器）應(yīng)用為例，SiC器件有助于減少30%的功率損耗、縮短充電時(shí)間，并將功率密度提升50%，帶動(dòng)系統(tǒng)效率的提升及系統(tǒng)成本的下降。同時(shí)SiC開(kāi)始加速滲透電動(dòng)汽車(chē)、光伏儲(chǔ)能、電動(dòng)車(chē)充電樁、PFC/開(kāi)關(guān)電源、軌道交通、變頻器等應(yīng)用場(chǎng)景，接下來(lái)將逐步打開(kāi)發(fā)展空間。

談及碳化硅在汽車(chē)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，龔瑞驕接受記者采訪時(shí)表示：“核心挑戰(zhàn)在于主驅(qū)逆變器的可靠性要求很高，成本高。產(chǎn)業(yè)鏈也在通過(guò)多個(gè)方式降低成本，其中在襯底領(lǐng)域有不小空間，比如切割環(huán)節(jié)，普通晶體切割工藝會(huì)損失大量產(chǎn)能，使用新型的激光切割等方法來(lái)減少損失。此外，國(guó)內(nèi)芯片良率上，和國(guó)外還有差距?！?/p>

面對(duì)電動(dòng)汽車(chē)等市場(chǎng)機(jī)遇，全球廠商們不斷擴(kuò)大碳化硅產(chǎn)能、投入研發(fā)。今年4月，全球SiC材料龍頭Wolfspeed全球最大的首座8英寸（200mm）SiC工廠正式開(kāi)業(yè)，該工廠預(yù)計(jì)2024年達(dá)產(chǎn)，屆時(shí)產(chǎn)能將達(dá)2017年的30倍。除了Wolfspeed，今年英飛凌計(jì)劃斥資逾20億歐元，在馬來(lái)西亞居林工廠建造第三個(gè)廠區(qū)，新廠區(qū)將用于生產(chǎn)碳化硅和氮化鎵功率半導(dǎo)體產(chǎn)品。同時(shí)，更多的企業(yè)在8英寸領(lǐng)域進(jìn)行突破，比如法國(guó)企業(yè)Soitec發(fā)布了首款8英寸碳化硅晶圓、中國(guó)電科材料爍科公司研制出8英寸碳化硅晶體。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)的碳化硅項(xiàng)目也層出不窮，并且汽車(chē)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)激烈，除了國(guó)外大廠，國(guó)內(nèi)的上汽、北汽、廣汽、吉利等大型汽車(chē)集團(tuán)正在加大本土碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的投資力度。在泰科天潤(rùn)應(yīng)用測(cè)試中心主任高遠(yuǎn)看來(lái)，國(guó)產(chǎn)碳化硅芯片項(xiàng)目面臨多方面的問(wèn)題。比如對(duì)于6英寸、8英寸的選擇上，短期內(nèi)仍以6英寸為主，可以謹(jǐn)慎布局英8寸技術(shù)，未來(lái)瓶頸在國(guó)產(chǎn)8英寸襯底供應(yīng)，同時(shí)芯片制造工藝上也亟待突破。

高遠(yuǎn)還指出，二極管已成紅海市場(chǎng)，碳化硅二極管成為國(guó)產(chǎn)化的突破口，但隨著價(jià)格的不斷下降，導(dǎo)致新進(jìn)玩家門(mén)檻越來(lái)越高。在碳化硅器件的主戰(zhàn)場(chǎng)主逆變器方面，國(guó)產(chǎn)器件需要在工業(yè)領(lǐng)域、OBC、車(chē)載DC-DC充分驗(yàn)證后才能放心上主驅(qū)逆變器，預(yù)計(jì)還需要3-5年時(shí)間。

氮化鎵急拓新市場(chǎng)

再看熱門(mén)的氮化鎵領(lǐng)域，龔瑞驕介紹道，氮化鎵材料被廣泛應(yīng)用在功率半導(dǎo)體、微波射頻元件、光電子元件。在Power（電源）領(lǐng)域，目前主流的襯底類型是硅基氮化鎵，Transphorm、Navitas（納微半導(dǎo)體）、Innoscience（英諾賽科）等廠商均是采用這類的結(jié)構(gòu)。另外在RF元件市場(chǎng)，主要以碳化硅基氮化鎵為主流的結(jié)構(gòu)，相關(guān)廠商有住友電工、科沃、NXP、Wolfspeed等。

當(dāng)前，氮化鎵的主要應(yīng)用場(chǎng)景仍在消費(fèi)電子端的充電器領(lǐng)域，快充為其提供了商用市場(chǎng)，廠商們也在不遺余力地往數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車(chē)等新市場(chǎng)拓展。

目前在全球氮化鎵市場(chǎng)上，英諾賽科排名前三，并采用IDM模式，在蘇州和珠海建有8英寸硅基氮化鎵量產(chǎn)線。英諾賽科首席營(yíng)銷(xiāo)官馮雷向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示，氮化鎵的優(yōu)勢(shì)不僅在充電器領(lǐng)域，還包括數(shù)據(jù)中心和車(chē)載市場(chǎng)。以數(shù)據(jù)中心電源應(yīng)用為例，英諾賽科已經(jīng)和國(guó)內(nèi)外頭部廠商進(jìn)行合作。

他進(jìn)一步說(shuō)道，美國(guó)廠商在經(jīng)歷架構(gòu)變化，谷歌提倡服務(wù)器電源從12V到48V的轉(zhuǎn)換，會(huì)減少電源損失，氮化鎵的優(yōu)勢(shì)非常明顯。

同時(shí)，在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，英諾賽科也已經(jīng)進(jìn)行布局。馮雷介紹道：“進(jìn)入量產(chǎn)的是在激光雷達(dá)的驅(qū)動(dòng)激光板的開(kāi)關(guān)，只有氮化鎵才可以實(shí)現(xiàn)需求。下一步，更高壓的氮化鎵是否能做核心驅(qū)動(dòng)，還在驗(yàn)證階段?！?/p>

談及產(chǎn)能，馮雷告訴記者，目前英諾賽科的產(chǎn)能可以滿足今年和明年需求，在他看來(lái)：“2023年是氮化鎵增長(zhǎng)元年，2024年將開(kāi)始指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。氮化鎵從試產(chǎn)到量產(chǎn)應(yīng)用，已經(jīng)走過(guò)一個(gè)循環(huán)，市場(chǎng)還會(huì)不斷增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器大廠家都在明確地投入，開(kāi)發(fā)氮化鎵高效率的解決方案?！?/p>

從全球產(chǎn)業(yè)看，氮化鎵企業(yè)也在加快研發(fā)腳步，據(jù)介紹，在材料領(lǐng)域，豐田開(kāi)發(fā)出超過(guò)6英寸的氮化鎵單晶襯底，韓國(guó)IVWorks收購(gòu)法國(guó)Saint-Gobain的氮化鎵單晶襯底業(yè)務(wù)；器件領(lǐng)域，Nanowin產(chǎn)品進(jìn)入三星快速充電器，今年成立首個(gè)電動(dòng)汽車(chē)氮化鎵IC設(shè)計(jì)中心。

龔瑞驕表示：“車(chē)身的OBC、DC/DC、激光雷達(dá)中氮化鎵有非常好的應(yīng)用，我們預(yù)估氮化鎵的功率元件市場(chǎng)規(guī)模將在今年達(dá)到2.6億美元，2026年成長(zhǎng)至17.7億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到61%?！?/p>

不過(guò)，他也指出，目前氮化鎵材料的成本還非常高，可以看到4英寸的氮化鎵單晶襯底大概是1500美金，折算回同尺寸的碳化硅大概是四倍的價(jià)格。

馮雷則向記者表示：“成本上，氮化鎵近三年內(nèi)快速降低，同樣功率等級(jí)的情況下和硅產(chǎn)品相比，已經(jīng)從5、6倍降至1.5倍的水平，接下來(lái)還會(huì)進(jìn)一步下降?！?/p>

隨著氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈的成熟和成本的不斷降低，氮化鎵功率器件的應(yīng)用場(chǎng)景將會(huì)進(jìn)一步拓展。