碳化硅為第三代半導(dǎo)體高壓領(lǐng)域理想材料。第一代半導(dǎo)體以硅（Si）為主要材質(zhì)。硅基功率器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝日趨完善，已經(jīng)接近其材料特性決定的理論極限，繼續(xù)完善提高性能的潛力有限。
砷化鎵（GaAs）、磷化銦（lnP）等作為第二代化半導(dǎo)體因其高頻性能較好主要用于射頻領(lǐng)域，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等第三代半導(dǎo)體，因禁帶寬度和擊穿電壓高的特性。
以碳化硅為材料的功率模塊具備低開(kāi)關(guān)損耗、高環(huán)境溫度耐受性和高開(kāi)關(guān)頻率的特點(diǎn)，因此采用碳化硅SiC材料的新一代電控效率更高、體積更小并且重量更低。
預(yù)測(cè)：2025年第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到434億美元
據(jù)國(guó)外研究機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，到2025年，第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)的增長(zhǎng)將從320億美元增長(zhǎng)至434億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為6.3％。第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)包括GaN、GaAs、SiC、InP等，材料在LED，RF器件，電力電子上使用，應(yīng)用在電信，通用照明，汽車，電源等市場(chǎng)。
第三代半導(dǎo)體在LED應(yīng)用中的越來(lái)越多的使用為需求提供了動(dòng)力，而氮化鎵和碳化硅的需求不斷增長(zhǎng)以及在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用預(yù)計(jì)將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)包括主要的1級(jí)和2級(jí)市場(chǎng)參與者，例如Nichia、三星電子、ams、Qorvo和Skyworks，它們的制造工廠遍布亞太、歐洲、北美和世界其它地區(qū)，由于疫情大流行，多個(gè)設(shè)施都關(guān)閉了。
該報(bào)告預(yù)計(jì)，由于新冠疫情，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將在2020年顯著下降，這將特別對(duì)第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)產(chǎn)生滾雪球效應(yīng)。它指出，這可能導(dǎo)致企業(yè)對(duì)第三代半導(dǎo)體相關(guān)的研究費(fèi)用降低。
按地區(qū)劃分，在預(yù)測(cè)期內(nèi)，亞太地區(qū)有望成為化合物半導(dǎo)體的最大市場(chǎng)。GaN和SiC在功率器件中的快速市場(chǎng)滲透，新的半導(dǎo)體材料制成的器件正在逐漸取代硅器件，在亞太地區(qū)的幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位。據(jù)分析師預(yù)測(cè)，對(duì)于功率器件而言，GaN和SiC功率應(yīng)用的數(shù)量不斷增加，在該地區(qū)創(chuàng)造了巨大的收入潛力，這吸引了一些行業(yè)參與者將GaN和SiC功率器件大規(guī)模生產(chǎn)用于多種功率應(yīng)用，反過(guò)來(lái)又增加了該地區(qū)化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)的收入潛力。
分析報(bào)告中列舉了化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)的主要參與者，包括日亞化學(xué)（日本），三星電子（韓國(guó)），ams（奧地利），科沃（美國(guó)），Skyworks（美國(guó)），Cree（美國(guó)），GaN Systems（加拿大） ，英飛凌（德國(guó)），三菱電機(jī)（日本），恩智浦（荷蘭）和安森美半導(dǎo)體（美國(guó)）等。
預(yù)測(cè)：2025年碳化硅功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到30億美元
碳化硅具有高功率、耐高壓、耐高溫、高頻、低能耗、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)將廣泛應(yīng)用于新能源汽車、5G通訊、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域，在未來(lái)「新基建」，「數(shù)字基建」有著巨大的商業(yè)前景。
同時(shí)，目前碳化硅領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外差距較傳統(tǒng)硅基行業(yè)小，具有「換道超車」的機(jī)會(huì)，成為各方都十分看好的賽道，堪稱半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)內(nèi)新一代「黃金賽道」。
但碳化硅也有巨大的痛點(diǎn)：短缺且昂貴，常常有價(jià)無(wú)市。
目前傳統(tǒng)硅基產(chǎn)業(yè)極其成熟的商業(yè)環(huán)境，至少有一大半原因是硅材料較為容易得到。硅材料成熟且高效的制備技術(shù)使得硅材料目前十分低廉，目前6英寸硅拋光片僅150元，8英寸300元，12英寸850元左右。用直拉法生產(chǎn)硅晶片，72小時(shí)能生長(zhǎng)出2-3米左右的硅單晶棒，一根單晶棒一次能切下上千片硅片。
目前最快的碳化硅單晶生長(zhǎng)的方法，生長(zhǎng)速度在0.1mm/h-0.2mm/h左右，因此72小時(shí)也僅有7.2mm~14.4mm厚度的晶體。只有幾厘米都不到！目前4英寸碳化硅售價(jià)在4000-5000元左右，6英寸更是達(dá)到8000-10000元的水平。
因此國(guó)內(nèi)外下游廠家，紛紛和科銳（Cree）等碳化硅龍頭簽訂長(zhǎng)期合約鎖定產(chǎn)能。
根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Rohm預(yù)測(cè)，2025年碳化硅功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到30億美元。在未來(lái)的10年內(nèi)，碳化硅器件將開(kāi)始大范圍地應(yīng)用于工業(yè)及電動(dòng)汽車領(lǐng)域。未來(lái)碳化硅在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。
碳化硅產(chǎn)業(yè)格局呈美、歐、日三足鼎立。根據(jù)專利研究機(jī)構(gòu)KnowMade對(duì)3750項(xiàng)氮化鎵射頻領(lǐng)域?qū)＠难芯浚跀?shù)量與質(zhì)量等多個(gè)維度的綜合考量，CREE毫無(wú)疑問(wèn)為全球第一，尤其在碳化硅基氮化鎵領(lǐng)域。從市場(chǎng)空間看，CREE碳化硅、氮化鎵下游目標(biāo)市場(chǎng)均有高速成長(zhǎng)的趨勢(shì)。
目前英飛凌、三菱等傳統(tǒng)功率器件大廠均在爭(zhēng)相研發(fā)下一代碳化硅器件，豐田于2015年內(nèi)推出了基于碳化硅功率器件的原型車用于測(cè)試新一代材料的輸出性能。
政策護(hù)航國(guó)產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈替代大勢(shì)所趨
SiC 生產(chǎn)過(guò)程分為 SiC 單晶生長(zhǎng)、外延層生長(zhǎng)及器件制造三大步驟，對(duì)應(yīng)的是產(chǎn)業(yè)鏈襯底、外延、器件與模組三大環(huán)節(jié)。
SiC襯底：SiC晶體通常用Lely法制造，國(guó)際主流產(chǎn)品正從4英寸向6英寸過(guò)渡，且已經(jīng)開(kāi)發(fā)出8英寸導(dǎo)電型襯底產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)襯底以4英寸為主。由于現(xiàn)有的6英寸的硅晶圓產(chǎn)線可以升級(jí)改造用于生產(chǎn)SiC器件，所以6英寸SiC襯底的高市占率將維持較長(zhǎng)時(shí)間。
SiC外延：通常用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法制造，根據(jù)不同的摻雜類型，分為n型、p型外延片。國(guó)內(nèi)瀚天天成、東莞天域已能提供4寸/6寸SiC外延片。
SiC器件：國(guó)際上600~1700V SiC SBD、MOSFET已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，主流產(chǎn)品耐壓水平在1200V以下，封裝形式以TO封裝為主。價(jià)格方面，國(guó)際上的SiC產(chǎn)品價(jià)格是對(duì)應(yīng)Si產(chǎn)品的5~6倍，正以每年10%的速度下降，隨著上游材料器件紛紛擴(kuò)產(chǎn)上線，未來(lái)2~3年后市場(chǎng)供應(yīng)加大，價(jià)格將進(jìn)一步下降，預(yù)計(jì)價(jià)格達(dá)到對(duì)應(yīng)Si產(chǎn)品2~3倍時(shí)，由系統(tǒng)成本減少和性能提升帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)將推動(dòng)SiC逐步占領(lǐng)Si器件的市場(chǎng)空間。
國(guó)內(nèi)目前也已經(jīng)形成相對(duì)完整的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈體系：
襯底材料：山東天岳、天科合達(dá)、河北同光晶體、北京世紀(jì)金光；
襯底材料：山東天岳、天科合達(dá)、河北同光晶體、北京世紀(jì)金光；
EPI硅片：東莞天域半導(dǎo)體、廈門瀚天天成；
器件：泰科天潤(rùn)、瀚薪、揚(yáng)杰科技、中電55所、中電13所、科能芯、中車時(shí)代電氣；
模組：嘉興斯達(dá)、河南森源、常州武進(jìn)科華、中車時(shí)代電氣。
從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，碳化硅包括單晶襯底、外延片、器件設(shè)計(jì)、器件制造等環(huán)節(jié)，目前全球碳化硅市場(chǎng)基本被國(guó)外企業(yè)所壟斷。中國(guó)企業(yè)在襯底、外延和器件方面均有所布局，但是體量均較小。
國(guó)外供應(yīng)鏈體系主要有：
襯底：Cree、Rohm、EPISILEPI；
外延片：Cree、Rohm、英飛凌、GE、三菱；
器件：英飛凌、Cree、Rohm、意法半導(dǎo)體、美高森美、GenSiC、三菱；
碳化硅器件方面，國(guó)際上碳化硅SBD、碳化硅MOSFET均已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，產(chǎn)品耐壓范圍600v-1700v，單芯片電流超過(guò)50A。
目前碳化硅主流尺寸處于4英寸向6英寸過(guò)渡階段。單晶尺寸的增加往往會(huì)伴隨結(jié)晶質(zhì)量的下降，SiC襯底從1~8英寸不等，主流尺寸為4~6英寸。
由于尺寸越大，生產(chǎn)效率越高，但生產(chǎn)品質(zhì)控制難度越高，因此目前6英寸主要用于二極管，4英寸主要用于MOSFET。
由于6英寸的硅晶圓產(chǎn)線可以升級(jí)改造成用于生產(chǎn)SiC器件，所以預(yù)計(jì)6英寸SiC襯底的高市占率會(huì)維持較長(zhǎng)時(shí)間。
功率器件是化合物半導(dǎo)體的主要應(yīng)用之一，隨著各國(guó)逐步推進(jìn)電動(dòng)車等新能源汽車，同時(shí)智能駕駛、車聯(lián)網(wǎng)帶動(dòng)汽車硅含量提升，將是車規(guī)級(jí)功率、射頻器件的主要驅(qū)動(dòng)力。
目前SiC半導(dǎo)體仍處于發(fā)展初期，晶圓生長(zhǎng)過(guò)程中易出現(xiàn)材料的基面位錯(cuò)，以致SiC器件可靠性下降。另一方面，晶圓生長(zhǎng)難度導(dǎo)致SiC材料價(jià)格昂貴，預(yù)計(jì)想要大規(guī)模得到應(yīng)用仍需一段時(shí)期的技術(shù)改進(jìn)。
