半導體行業盛會：碳化硅成新晉“主角”，國產替代進一步突破

近日，半導體行業盛會——SEMICON China 2024在上海新國際博覽中心舉行，60多家碳化硅產業鏈上公司參展，覆蓋了MOCVD、離子注入、襯底片、外延片、器件等產業鏈環節，成為展會的一大亮點。

自2018年特斯拉采用碳化硅器件后，碳化硅產業步入發展的快車道，在風光儲、電力等行業滲透率不斷提升。國內碳化硅產業在技術和規模上也不斷提升。與此同時，圍繞碳化硅襯底片存在產能過剩風險等相關爭議，隨之日漸增多。

業界人士認為，碳化硅產業依然處于產業發展的初級階段，未來5年內襯底片將處于供不應求的狀態。尤其喜人的是，從襯底片到設備，國內碳化硅頭部企業已經取得了長足進展，國內半導體設備商紛紛瞄準碳化硅這一產業的發展新機遇。

碳化硅成為SEMICON展會新亮點

作為全球最負盛名的半導體展會之一，SEMICON China歷來是硅半導體的大舞臺。今年展會的一大亮點是，在系列主題展區方面設置了功率及化合物半導體主題展。

在本次展會上，襯底片廠商紛紛亮相。作為國際領先的碳化硅半導體材料制造商，天岳先進攜其高品質6英寸、8英寸碳化硅襯底產品亮相展會；山西爍科重點展示了350毫米厚8英寸碳化硅襯底片；同光股份展示了6英寸、8英寸高質量碳化硅晶錠和襯底。外延片方面，天科合達首次展示了8英寸碳化硅外延產品；普興電子展示了6英寸、8英寸的碳化硅外延片產品；國盛電子則展示了8英寸硅基氮化鎵外延片等產品。

天岳先進董事長宗艷民在接受記者采訪時表示，公司高品質碳化硅襯底在2023年獲得多家國內外客戶的認可，并與下游電力電子、汽車電子領域的國內外知名企業開展了廣泛合作。公司上海臨港智慧工廠于2023年中開啟產品交付，2024年產能產量將繼續提升。

當前，碳化硅襯底片產能緊缺是產業發展的瓶頸之一。因此，半導體功率器件廠商紛紛與襯底片廠商簽訂長期訂單。比如，天岳先進與某客戶簽訂長單，預計2023年至2025年三年含稅銷售金額為13.93億元。

“未來5年，高品質的襯底產品會更緊俏。”宗艷民告訴記者，從新能源汽車、工業控制到白色家電、電網，這些領域對碳化硅芯片、器件的驗證周期往往長達兩三年，當前還處于碳化硅應用的初級階段。目前，碳化硅在電動汽車領域的應用占比超過70%，但在其他下游眾多領域的應用，還要兩三年才會進入真正的爆發期。

半導體產業研究機構InSemi Research首席分析師徐可表示，以新能源汽車領域為例，中國車載碳化硅市場規模有望從2022年的35.4億元增長至2028年的221.6億元，年復合增長率預計為36%。

全球碳化硅產業都在快速增長。日本調研機構富士經濟報告預測，到2030年，全球碳化硅功率器件市場規模將達到近150億美元，占整體功率器件市場的約24%。


長晶爐實現國產替代，切磨拋設備仍需發力

碳化硅襯底制備目前主要以高純碳粉、硅粉為原料合成碳化硅粉，采用物理氣相傳輸法（PVT 法），在單晶爐中生長成為晶體，隨后碳化硅晶體經過切片、研磨、拋光、清洗等步驟制成單晶薄片作為襯底。

碳化硅晶體的制備有兩大難點，其一是碳化硅晶棒生長速度慢，約2cm的晶棒需要7-10天的生長時間；其二是碳化硅晶體生長對各種參數要求高，需要精確控制硅碳比、生長溫度梯度等參數，并且生長過程很難監控，對工藝要求非常高。

基于上述情況，如今碳化硅晶體制備難點更在于工藝而非設備本身，碳化硅長晶爐與傳統硅晶有相同性，結構不算復雜，單價不到100萬/臺，已經基本實現國產化，而工藝上每家襯底廠商都有細微差別，也是核心技術所在，因此許多襯底廠商都選擇自研長晶設備，讓工藝與設備更加契合，當然也有部分廠商選擇外購模式。

目前國內的碳化硅長晶爐設備供應商主要有北方華創和晶升股份，兩者在國內占有的份額超過70%，考慮到與工藝的契合性，襯底廠商一般不輕易改變長晶爐的購買渠道，其他企業想要插入進來并不容易，不過如今碳化硅產業瘋狂擴產或有新的機遇。

切割是碳化硅襯底制備的首要關鍵工序，決定了后續研磨、拋光的加工水平，成本能占到50%以上，這是因為碳化硅屬于硬質材料，硬度僅比金剛石低，切割難度非常大，目前主流的工藝是線鋸切割，也有一些廠商在試驗激光切割。

目前碳化硅切割設備主要被日本高鳥壟斷，占據了70%以上的份額，在連續收到訂單的情況下，交付時間已延長到13-14個月，為了應對更多的訂單需求，高鳥已與中國公司和日本本土公司簽訂了聯盟協議，將在中國建立生產工廠。

國內企業上機數控此前表示，公司在碳化硅切割領域取得了較大突破，自行研發的碳化硅切片設備獲得成功，開辟了“碳化硅設備國產替代進口”的先河，在國產碳化硅切片機市場占有率超90%。

宇晶股份近日在調研中表示，公司加大對碳化硅切、磨、拋關鍵技術的攻克，設備的精度已經達到行業一流水平，公司生產的碳化硅切割、研磨、拋光設備主要用于加工單晶碳化硅拋光片，目前公司生產的碳化硅切、磨、拋設備已實現批量銷售。

高測股份主要從事高硬脆材料切割設備和切割耗材的研發、生產和銷售，今年5月稱，公司已有30 余臺來自碳化硅襯底企業的訂單，推出的8寸碳化硅金剛線切片機也在上半年已形成批量訂單。

今年6月，力凱數控表示最新研發的DA300碳化硅多線切割機已達成10臺意向訂單，預計銷售額達3000萬元，據悉，該切割機收放線輪運轉速度可實現2400米/分鐘，采用硅料向下進給方式，伺服同步控制線網進行高速切割，可實現8小時切割一刀，一次性產出100片晶片。

實際上，國內外碳化硅切磨拋環節技術路線差距并不大，主要還在設備的精度和穩定性上，這對襯底加工的效率和產品良率有關鍵影響，目前國內企業相比國外還有差距，因此碳化硅切磨拋裝備仍以進口為主，導致國內廠商生產成本居高不下，碳化硅切磨拋設備的國產替代需求迫切，還需相關廠商共同努力。


國產企業成功突破第四代半導體技術

杭州鎵仁半導體有限公司攜手浙江大學杭州國際科創中心先進半導體研究院和硅及先進半導體材料全國重點實驗室，宣布取得重要突破！通過自主開創的鑄造法，成功制備出了高質量的6英寸非故意摻雜及導電型氧化鎵單晶，并將其加工成了6英寸氧化鎵襯底片。

氧化鎵作為一種重要的半導體材料，具有優異的電學性能和光學特性，被廣泛應用于高功率電子器件、光電器件以及新能源領域。然而，由于材料制備工藝的挑戰性，高質量的氧化鎵材料一直是制約產業發展的瓶頸之一。而杭州鎵仁半導體的成功制備，填補了市場上的空白，將為先進半導體技術的發展注入新的活力。

該材料廣泛應用于制備功率器件、射頻器件及探測器件，在軌道交通、智能電網、新能源汽車、光伏發電、5G移動通信、國防軍工等領域具有廣闊的應用前景。氧化鎵材料的優異性能和出色可靠性，將為各行業帶來更高效、更可靠的解決方案。

杭州鎵仁半導體以技術創新為驅動力，成功攻克了氧化鎵材料制備技術中的關鍵難題。由于之前制備氧化鎵材料的技術限制，很難生產出高質量的氧化鎵單晶襯底。然而，杭州鎵仁半導體憑借著創新的思維和專業團隊，成功實現了6英寸氧化鎵單晶襯底的產業化制備，為第四代半導體材料的大規模應用鋪平了道路。

氧化鎵材料作為第四代半導體的代表之一，在各個領域都有著廣泛的應用前景。在軌道交通領域，氧化鎵材料能夠提供更高效、更可靠的列車控制系統，提升安全性和運行效率。而在智能電網和新能源汽車領域，氧化鎵材料的優異性能能夠有效解決能源傳輸和存儲的難題，推動可再生能源的發展。

此外，氧化鎵材料在光伏發電、5G移動通信、國防軍工等領域也有著廣泛的應用。其高溫、高頻的性能使其成為射頻器件和探測器件的理想選擇，為相關行業帶來更高效的通信和偵測能力。

這一成果的取得離不開杭州鎵仁半導體在材料科學、生產技術和表征方法等方面的深入研究，更離不開浙江大學和硅及先進半導體材料全國重點實驗室在科研人才培養和技術支持方面所做出的貢獻。持續的科研創新和跨界合作，為我國半導體產業的發展帶來了新的可能性。