碳化硅：寒气未及

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碳化硅：寒气未及

最近，华为创始人任正非在一篇文章中表示，全球经济将面临衰退、消费能力下降的情况，2023年和2024年是华为的生命喘息期，未来整个公司要把“活下来”作为最主要纲领。“全世界的经济在未来3到5年内都不可能转好。”

这股寒气着实吹向了半导体行业的方方面面。不久前，台积电在发布财报的同时发表声明称，台积电预计，2023年芯片需求将面临一个下滑周期。不仅是大厂，半导体行业荣枯的风向标存储芯片在2022年上半年开始就在不断的下滑，不管是DRAM内存，还是NAND闪存，价格都是止不住的向下滑。紧接着晶圆代工持续吹着降价风，半导体市场进入去库存调整期，晶圆代工成熟制程报价也继续下跌。根据半导体行业的周期轮动规律来看，市场预期这波半导体库存修正将延续到2023年上半年。

而第三代半导体的代表碳化硅却频频传来扩厂、扩建、加大投资的消息，这股持续的“暖流”好像没有被“寒气”击退，反而愈演愈烈。这是为何？这场冰火两重天之争，碳化硅能撑到最后吗？

01

蓄势待发的革命

遵循摩尔定律这一半导体业界的轨道，硅基半导体芯片的性能每隔18到24个月便会提升一倍。但随着芯片尺寸不断缩小，特别是当芯片制造工艺水平进入5纳米节点，甚至逼近2纳米以后，因为受到材料、器件和量子物理的限制，硅基芯片逼近物理极限，就会出现量子隧穿导致的漏电效应和短沟道效应等问题。硅芯片的潜力被质疑“殆尽”。

第三代半导体的出现仿佛是赌桌上的新赌注：潜力无限。

碳化硅 “赢”在哪里？

超结MOSFET或IGBT等硅基产品可用于很宽的电压范围（从几伏到几百伏不等），适合于多个功率等级，而基于碳化硅的产品则适用于大于等于650V的电压等级（突破硅的限值，达到3 kV以上功率等级），基于氮化镓的器件更适合于650 V以下的电压等级。而当工作频率增加时，碳化硅和氮化镓都将逐渐优于硅。应用需求和设计目标决定了首选技术。

就这三种技术而言，并仅着眼于分立FET产品，英飞凌拥有丰富的600 - 650 V产品系列（CoolMOS™硅超结MOSFET、CoolSiC™碳化硅MOSFET和CoolGaN™氮化镓常关增强型模式HEMT）。尽管SJ MOSFET以非常经济划算的方式满足了当前对能源效率和功率密度的大多数要求，但是，如有散热或超高密度等特殊设计要求，碳化硅和氮化镓器件为最佳选择。由于相关器件坚固耐用，CoolSiC™ MOSFET具有出色的热性能，CoolGaN™ HEMT适用于很高的工作频率，可以将功率密度提升到非常高的水平。

未来，WBG产品有望进一步加速和替代硅基器件，不过，可以预见，这三种技术仍将长期共存。由于碳化硅易于使用，而且从超结MOSFET和IGBT过渡相对容易，因此在某些应用中采用碳化硅的速度会更快一些。

翻倍的利益

安森美二季度营收达20.85亿美元，同比增长25%，创下历史新高、超出市场预，同期净利润4.56亿美元，同比增长147.83%。该财报发布后安森美就将其2022年碳化硅营收预期上调为“同比增长3倍”，而此前目标只是增长1倍；预计到2023年，碳化硅业务收入将超过10亿美元。3倍只是开始，甚至10倍都不止：安森美还计划在2025年前将把公司的碳化硅前道工艺产能扩大到目前的10倍以上。

意法半导体二季度财报也预计，2022年意法半导体碳化硅业务将获得7亿美元收入，到2023年将达到10亿美元。意法半导体还是特斯拉碳化硅功率模块的主要供应商——受益于汽车、工业等领域对碳化硅的需求，意法半导体同样在筹划扩产。

Wolfspeed 2022财年Q4营收同比增长56.7%，环比增长22%；同期净利润0.32亿美元——这也是其剥离LED资产以来，首次单季度盈利；同时，Wolfspeed将2026年营收预期较去年底提出的21亿美元目标提高30%-40%。

我国产业链尚处追赶期，营收及净利润规模较小。三安光电上半年净利润为9.32亿元，同比增长5.46%，同期其主营碳化硅业务的子公司湖北三安，净利润0.9亿元；天岳先进则仍处于亏损状态，上半年营收1.61亿元，亏损0.73亿元。

整体来看，今年上半年起从衬底、器件、模块，到设备，订单、产能及出货量都在持续增长。

02 制胜的关键

马不停蹄的布局

Wolfspeed今年上半年也宣布将在北卡罗来纳州查塔姆县建造新的碳化硅工厂，2030年完工后将成为世界上最大的碳化硅材料工厂，其碳化硅晶圆制造能力增加约13倍，而目前Wolfspeed生产的碳化硅已经占全球碳化硅的60%以上。新工厂总投资将达到50亿美元，为此Wolfspeed还将申请与《芯片和科学法案》相关的联邦政府拨款。Wolfspeed本是全球LED照明巨头科锐（Cree）旗下专注碳化硅、氮化镓等第三代半导体材料的部门。Cree原计划将Wolfspeed卖给德国企业英飞凌，但由于美国国防部以国家安全为理由反对，最终Cree剥离掉原本占比三分之二的照明业务，在2021年10月正式宣布更名Wolfspeed，成为一家专注于第三代半导体的企业。

中国台湾也在计划投资产业和研究机构，包括台湾地区工业发展局（IDB）下属的产业升级创新平台指导计划。该计划旨在垂直整合从上游材料、设备和组件到主要应用的一切。据报道，将获得官方支持的公司包括环球晶圆、汉民科技和广运机械工程股份有限公司。消息人士称，台湾地区计划投资8英寸导电碳化硅晶圆工艺、6英寸和8英寸共享半绝缘碳化硅晶圆工艺以及8英寸GaN外延片工艺。

鸿海精密工业（富士康）正急于追赶和完善产业链。近两年，富士康从旺宏电子购买了6英寸晶圆厂，并投资了Taisic Materials，这使得其母公司更加专注于投资自制的碳化硅芯片发展。在这些公司中，环球晶圆拥有最成熟的碳化硅晶体切割能力。汉民科技子公司 Episil-Precision 具备外延片测试能力，子公司 Episil 拥有碳化硅和 GaN 晶圆厂。富士康通过收购旺宏电子的 6 英寸晶圆厂投资碳化硅晶圆生产，该晶圆厂将用于制造充电桩和 EV 应用。

安森美半导体日前也在美国新罕布夏州完成全新的碳化硅厂房，该产房的产能预计在2022年底贡献比现今产能达五倍之多。而新罕布夏州，也正是安森美半导体在2021年收购GTAT(GT Advanced Technology)的总部所在地，该公司也是全球少数能提供硅晶圆基板的指标业者之一。

日本公司当属最为指标性的罗姆半导体，罗姆半导体在碳化硅相关产品线的开发，其积极度不亚于其他欧美IDM业者，像是近年来SiC MOSFET元件的设计，所有大厂皆改采沟槽式结构，罗姆半导体早在2015年就已经领先其他公司导入，在2012年量产全SiC功率模组，可以想见该公司在该领域有一定的实力在。另一方面，罗姆在碳化硅晶圆供应策略，与Wolfspeed相同，在2009年收购位于德国的SiCrystal AG，该公司主要业务就是提供碳化硅晶圆。

IDM的制胜法宝？

IDM在碳化硅领域皆有相当积极的布局，原则上，策略的布局可以分成两点：其一是收购上游端的碳化硅晶圆基板供应商或是签署长达五年左右的供应合约，确保碳化硅晶圆基板产能的供应，其二则是在自家晶圆采取扩厂策略，这两点必须密切配合，方能满足各类终端应用对于碳化硅元件的需求。值得留意的是，就现阶段碳化硅元件的主要供应商，仅有英飞凌并未有收购上游的碳化硅晶圆供应商，长期而言，若面临碳化硅晶圆供不应求的情况下，考量到各大厂的竞合关系，英飞凌有没有可能面临巧妇难为无米之炊的窘境，这恐怕也是需要思考的课题。

与此同时，IDM的确也在进一步思考利用8英寸厂进行碳化硅元件的量产可能性。

国产不容错过

从碳化硅技术节点来看，业界最先进的是8英寸，主流是6英寸。国内很多6英寸第三代半导体产线都是依靠6英寸硅基产线改过来的。国内依靠6英寸硅基产线同步布局碳化硅领域的动作，从部分厂商项目中已经能够看到端倪。

今年1月落地扬州的宽能半导体项目，项目计划生产六寸硅基集成电路芯片及功率器件。当天签约的还有百识电子半导体项目，南京百识电子科技有限公司专注第三代宽禁带半导体产业，百识电子半导体项目主要生产第三代半导体外延片。

5月27日，振华科技在最新披露的投资者关系活动记录中指出，公司将建设一条6英寸硅基/碳化硅基功率器件制造线，提升核心竞争力，解决永光功率器件芯片、群英继电器芯片需要及产品研发应用，提升振华永光行业地位。

5月31日封顶的浙江广芯微电子6英寸高端特色硅基晶圆代工项目，其产品同时囊括了6英寸硅基功率半导体晶圆与第三代半导体碳化硅等晶圆。据悉，项目建设全部完成投产后，可实现年产折合6英寸240万片特色工艺硅基功率半导体晶圆及年产3.6万片第三代半导体碳化硅等晶圆的生产能力，年产值达30亿元。

9月1日，南京江北新区举办以“投资江北共赢未来”为主题的金秋重点产业项目签约会。总投资65亿元的第三代半导体碳化硅衬底关键技术研发及产业化项目也在会上进行了签约，该项目主体为江苏超芯星半导体有限公司。超芯星联合创始人袁振乾透露，他们三期扩产规划已经启动，规划产能30-50万片，是目前产能的15-25倍。

对于国产碳化硅企业来说，如何把握住此轮第三代半导体市场机遇，把握从6英寸向8英寸过渡的技术趋势，至关重要。