半导体材料作为电子信息技术发展的基础,经历了数代的更迭。以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料逐渐进入产业化加速放量阶段。2023年将成为第三代半导体放量应用年!
第三代半导体相较于前两代最大得特点是耐高温、耐高压、低损耗等优越性能,具有较高的导热率、熔点等。基于第三代半导体的特点,器件可应用于汽车、充电设备、便携式电源、通信设备、机械臂、飞行器等多个工业领域。
碳化硅材料的特性决定了它将会逐步取代传统硅基,打开巨大的市场空间。随着新能源汽车行业庞大的需求驱动,以及光伏风电和充电桩等领域对于效率和功耗要求提升的影响,预计到2027年碳化硅功率器件的市场规模将达到62.97亿美元,2021-2027年的复合增速约为34%。
碳化硅产业链涉及多个复杂技术环节。依次可分为:衬底、外延、器件、终端应用。目前产业链的价值集中于衬底和外延部分,前端两部分占碳化硅器件成本的 47%、23%,所以我们只需要重点关注衬底和外延即可!
衬造是碳化硅产业链技术壁垒最高、价值量最大的环节,是未来碳化硅大规模产业化推进的核心环节。在导电型衬底上生长SiC衬作的功率器件可以应用在新能源汽车、电网、光伏逆变器、轨道交通等高压工作场景。
目前中国大陆碳化硅衬底规划超200亿元,未来远期规划年产能超400万片。
我国的天岳先进已经进入全球头部厂商地位,市场份额为30%,市场占有率排名全球第三、国内第一。在国际巨头普遍使用4-6英寸碳化硅的时候,我国又实现的技术突破!
截至2022年11月,晶盛机电、天岳先进、天科合达分别宣布掌握8英寸碳化硅衬备技术。
碳化硅外延片是指在碳化硅衬底上生长了一层有一定要求的单晶薄膜(外延层)的碳化硅片。外延加工占碳化硅器件成本结构的23%,仅次于衬备在晶体生长和晶片加工过程中,不可避免地会在表面或近表面产生缺陷,导致衬底的材料质量和表面质量下降,直接影响制得器件的性能。
外延设备主要由意大利LPE公司、德国Aixtron公司、日本TEL和Nuflare公司所垄断。
国内主要有东莞天域和厦门瀚天天成,两者均已实现产业化,可供应4-6英寸外延片。此外中电科13 所、55 所亦均有内部供应的外延片生产部门。
2022年8月,II-VI宣布,已与东莞天域半导体签订1亿美元供货订单,向后者供应SiC 6英寸衬底,到2023年底交付。
下游碳化硅器件市场,意法半导体占据最大市场份额达到40%,而国内企业则专注于单个环节制造,如衬底领域的天科合达、天岳先进,外延领域的瀚天天成、东莞天域,器件领域的斯达半导、泰科天润等。
国内布局碳化硅的主要企业还包括三安光电、中车时代电气、东微半导、士兰微、扬杰科技、新洁能、露笑科技、晶盛机电、双良节能等。
碳中和趋势下,碳化硅有望在新能源汽车、光伏、风电、工控等领域的持续渗透。
预计2023年碳化硅材料市场达2000万美元,2025年进一步增长至2700万美元。工艺节点的转变将带来成本优化,进一步促进市场需求扩增。全球碳化硅市场处于高速成长阶段,得益于新能源车、光伏逆变器本土品牌商市场份额提升,国内企业已获入场机会,且有望通过技术快速迭代和产能扩张受益,国产替代空间广阔。
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