“新基建”開啟碳化硅商用之門

張心怡

碳化硅作為第三代半導體材料的典型代表，憑借更高的轉換效率、運行高壓及開關頻率，頗受功率器件青睞。據市場研究機構Yole預測，碳化硅半導體市場規模將在2024年達到20億美元。當前，我國正在推進5G、數據中心、新能源汽車等多個領域的“新基建”，為碳化硅提供了廣闊的市場前景。

“新基建”帶來新市場

與硅材料相比，碳化硅能達到更高的運行電壓、更高的功率密度和更大的開關頻率，使器件實現更高的轉換效率和更好的散熱性能。賽迪智庫集成電路研究所副所長朱邵歆向記者表示，碳化硅材料具有耐高壓、耐高溫、損耗小、開關速度快等特性，制作成的SBD二極管和MOSFET開關管相比硅材料制成的FRD二極管和MOSFET開關管性能更優，在光伏逆變器、新能源汽車、充電樁、變頻家電領域已實現規模應用，具有非常強的推廣前景。

新基建關注數字化基礎設施，將有力支持高新技術的創新發展，為碳化硅帶來廣闊的市場機遇。

泰科天潤董事長陳彤向記者表示，新基建關注的信息基礎設施多為用電大戶，對用電的需求量和質量提出了更高的要求。而用電結構的優化，包括用電分配利用環節的高低壓轉換、交直流轉換、變頻轉換等，都依托于功率半導體作為底層技術。碳化硅作為新一代半導體材料，具備更高的用電轉換效率，將更有效率地面對新基建的用電需求。

“碳化硅提升了用電轉換的效率和質量。相比硅，碳化硅在用電效率上能提升兩到三個百分點，可靠性更高，而且器件的體積重量更小，將在用電結構優化中起到更大作用。”陳彤說。

具體來說，新基建涉及的SG、數據中心、新能源汽車等產業，都是碳化硅的目標市場。

英飛凌科技電源與傳感系統事業部大中華區開關電源應用高級市場經理陳清源向記者指出，5G小基站對電源有著工作溫度范圍寬（-45℃～80℃）、高可靠性、高密度需求。相比硅器件，碳化硅器件散熱系數更高，更適用于5G小基站的部署。

朱邵歆表示，新基建關注的特高壓、新能源汽車充電樁、數據中心等都為碳化硅帶來發展機遇。特別是數據中心對能耗的要求持續提升，更有可能在電源中規模使用碳化硅器件。數據中心使用的高端電源很可能成為碳化硅的下一個增量市場。

瀚天天成總經理馮淦向記者表示，碳化硅在大功率電力電子器件具有優勢，新基建關注的大部分項目都與碳化硅的布局方向有關，對碳化硅產業是一個利好。尤其在新能源汽車以及充電樁領域，碳化硅的增長速度可觀，碳化硅從業者非常看重新能源汽車對碳化硅產業的帶動作用。

辯證看待碳化硅的“貴”

相比硅，碳化硅在大功率電子電力器件有著更優的物理特性。但是，碳化硅晶圓成本較高，性價比不如硅，這在一定程度上制約了碳化硅的市場發展。對此，相關企業負責人表示，要辯證看待碳化硅的成本和發展潛力。

馮淦表示，碳化硅的成本要從三個層次來看。在材料層面，碳化硅的晶圓和外延片，確實比硅要貴，甚至貴出100倍。但是在器件層面，同等規格的碳化硅器件與硅器件相比，單個管芯的價格可能只有三到五倍的差距。這是因為一個晶圓上面，碳化硅尺寸上可以做得很小，平均每個器件的成本就會降低。

“隨著良率的提升，一個晶圓上可以切割出來的碳化硅器件會更多。近幾年，碳化硅器件的成本有希望控制到和硅器件有競爭力的水平，甚至比硅器件還要便宜。”馮淦說。同時，在系統層面，也就是逆變器、電源、電動汽車等終端應用方面，使用碳化硅器件可以降低電容、電感、冷卻等系統性成本，并實現更好的性能。

陳彤表示，碳化硅成本要進一步下探，需要足夠大的消費市場。硅已經有了30年到50年的發展過程，而碳化硅在2010年左右才走向民用市場，已經有了幾十億元的市場規模，發展速度不算慢。

“上游供應商擴產，把成本攤下來，對于下游的終端應用才更有吸引力;同時，下游市場的應用規模足夠大，買單足夠多，上游供應商才能擴產;這是一個‘雞生蛋、蛋生雞的問題，也是一個循序漸進的過程。”陳彤說。

中國企業應做好細分市場

碳化硅產業鏈主要分為上游襯底、中游外延、下游器件。目前我國企業在碳化硅的上、中、下游都有布局，但市占率與Cree等國際龍頭企業還存在差距。

Cree作為碳化硅的先行者，在襯底、外延、器件都具有絕對優勢。馮淦指出，Cree的優勢源于先發優勢和持續的技術投入。一方面，Cree是最早做碳化硅的企業之一，聚集、培育了碳化硅產業的第一批人才;另一方面，作為第一批從事碳化硅產業化經營的企業，Cree能夠獲得收益，支持對前沿技術的持續性資金投入，形成了技術優勢。 碳化硅本身的產業特點，也增加了后發企業挑戰Cree領先地位的難度。馮淦表示，碳化硅面向的終端領域是大功率電力電子器件，注重產品的可靠性和安全性，具有技術門檻較高、認證周期較長的特點。這意味著終端企業更換供貨商要面臨產品的重新認證，難度較大。

但是，碳化硅目前還處在市場部署的早期階段，國內國際企業都尚未步人大規模的量產商用。陳彤表示，對于后發的功率半導體企業，要用已經成熟的技術工藝去追趕更有技術積淀的先發企業，難度較大。后發企業要成長，必須有一個新舊技術迭代的窗口期。

“碳化硅是一個新的產業機會，給了中國功率半導體企業參與國際競爭的機會。在新技術出現的時候，我們的反應要快。”陳彤說。

我國企業該如何抓住碳化硅的發展機遇？朱邵歆表示，國內企業需要錘煉內功，以國內客戶的真實需求為前提，打磨產品和技術，不能僵硬地單一對標國外的發展路徑，更不能在沒有明確客戶的情況下，過早擴充產能。

“提升客戶需要的性能指標比直接擴充產線更加重要和緊迫。”朱邵歆說。

在發展模式上，馮淦認為，國內企業不要盲目追求Cree涉獵產業鏈所有環節的發展模式，這種模式不一定適合當前碳化硅的發展階段。襯底企業應專注襯底，外延企業專注于外延，器件企業專注于器件，將更有利于形成競爭優勢。

“將產業鏈做長的發展模式只適合市場早期。專注在自己的細分領域，將規模做大，成本才會下降，競爭力才會提升。”馮淦說。