本土供需缺口縮小并開始走出國門
第三代半導體行業發展潛力巨大，原因來自其高效而節能的特性。以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導體材料是半導體產業的重要組成部分。
法國知名半導體咨詢機構Yole數據顯示，2022年碳化硅器件市場規模為17.94億美元，氮化鎵器件市場規模為14.8億美元，其中射頻器件13億美元、功率器件1.8億美元。“它在國際上，統稱為寬禁帶功率半導體，在我們國家，俗稱第三代半導體。”據宗艷民介紹，與傳統半導體材料相比，第三代半導體具有高寬禁帶、高擊穿電場、高導熱率、高電子遷移率等特性，采用寬禁帶半導體材料制備的半導體器件，不僅能在更高的溫度下穩定運行，適用于高電壓、高頻率場景。“在有些應用場景，可以降低功耗超過50%。所以現在大家公認在應用端，碳化硅器件有明顯節能效果，是綠色器件，對系統裝置而言能降低體積，減少成本。”宗艷民表示。
“十四五”規劃將“碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體發展”明確列入科技前沿領域攻關項目。近年來，國內第三代半導體整個產業鏈都處在快速發展的進程中。一個表現是，以襯底和外延為主的材料端，不僅能夠滿足國內需求，完成了碳化硅襯底的全部進口替代，還實現了向海外的輸出。“天岳先進的襯底材料，不僅解決了國內的進口替代，而且還向國外輸出。”據宗艷民介紹，全球前十大功率半導體企業超過50%都是天岳先進的客戶，并且簽訂了合作長單，同時也部分成為天岳先進的主供貨商。“因此，在碳化硅襯底材料方面，天岳先進為我國第三代半導體的發展奠定了基石，開好了路，同國內產業同行一起走向全球的前列。”宗艷民表示。
碳化硅器件應用仍處起步驗證階段
事實上，早在上世紀90年代，碳化硅單晶襯底卓越的半導體性能就被科學家發現。為何直到今天，碳化硅器件才走向大規模應用？
天岳先進成立于2010年，是國內較早從事碳化硅半導體材料的公司。經歷過行業的發展變遷，宗艷民認為，首先碳化硅面臨著制作工藝方面的技術難題，“材料制備非常難，多缺陷”。一個難題是，碳化硅單晶生長工藝條件極度苛刻，生產工藝都采用PVT法（即氣氛熱化學蒸汽相沉積法），在高溫下存在多因多果導致材料缺陷眾多，實現規模化、低缺陷、高品質、低成本襯底供應成為制約碳化硅行業發展的瓶頸。“我們對缺陷的表征方法和控制手段進行一些技術研究，可以規模化提供低缺陷高品質襯底，大幅地提高了生長效率和良率，對下游品質的提升和成本控制都有很好的幫助。”宗艷民表示。
宗艷民進一步指出，近幾年，包括天岳在內的碳化硅單晶襯底企業，攻克了一系列國際技術難題，全面掌握碳化硅單晶制備全流程關鍵技術，才實現了碳化硅襯底規模化生產的自主可控，部分技術甚至已經走在國際前列。宗艷民認為，整體來看，碳化硅器件應用仍處于起步階段。“碳化硅器件必須得改變系統應用的裝置才能發揮優勢，并非簡單的替代。它在終端的應用需要經過漫長驗證，有些驗證甚至長達兩年才能開始大幅推廣。”宗艷民指出，碳化硅器件應用目前還處于一個起步驗證的階段，下游器件端的量還都沒那么大，在電動汽車，光伏、儲能、白色家電等領域都在加快應用。
而由于起步階段還未開始放量，碳化硅器件應用一旦進入規模化量產，就會暴露出一系列關于品質、供貨能力、交付能力的問題。“第三代半導體要求的可靠性非常高，天岳先進近年來服務的國際大廠也對品質極其看重，一旦規模化放量，他們就會特別關注品質的穩定持續和按期交付的能力。”宗艷民提及。而成本控制也成為行業快速發展中繞不開的一個話題。
現場有嘉賓提及，碳化硅真正的競爭對手是性價比非常優秀的硅基IGBT產業。IGBT已經從8英寸的主流開始向12英寸切換，而現在6英寸的碳化硅單器件成本大約是IGBT的5~6倍。碳化硅的單器件成本需做到IGBT的2.5倍以下，才有可能進入大規模商業化應用時代。對此宗艷民持樂觀態度，認為在天岳先進的技術布局下，非常有信心降低成本，達到“2.5倍”的標準。
“天岳先進在半絕緣襯底、車規級襯底應用已經走在國際前列，并且在下一代8英寸產品的產業化布局上獲得國際大廠的廣泛認證，具備8英寸產品量產的先發優勢，也完全可以達到6英寸的質量標準。”宗艷民表示。
行業高速成長或將實現超預期發展
業界普遍認為，第三代半導體未來還有很大的成長空間。Yole數據預測，2028年碳化硅市場規模將達89.06億美元，氮化鎵市場規模將達47億美元。
宗艷民認為，到2028年，實際數據可能不會止步于此。“從我們材料端掌握的信息來看，實際數據表現很可能會超過Yole的預期。國內外包括博世、英飛凌等大廠的擴產速度和布局力度都非常大，整個產業都將進入高速成長期，未來碳化硅應用是一個巨大的藍海市場，這個沒什么爭議，只是看在會2024年還是2025年到來。我們還是要加大技術研發，迎接藍海市場到來。”宗艷民表示。
天岳先進更長遠的一步，也將會繼續深耕材料端，致力于服務和支持下游產業的發展。使用碳化硅技術的新能源車型已經受到市場的高度關注。此外，第三代半導體在5G通信、光伏新能源發電、儲能、新能源汽車充電樁、城際高速鐵路和城市軌道交通、大數據中心的綠色電源等領域都能發揮重要作用，在電網及特高壓領域也有廣泛的應用前景。
宗艷民坦言：“天岳先進能夠與華潤微、芯聯集成等龍頭芯片制造商一起，上下游加強協作，加快技術迭代，共同推動和發展我國第三代半導體產業，一起去推動技術迭代。天岳先進期望成為碳化硅襯底領域的‘臺積電’，把碳化硅襯底做成最優，成本最低，這是我們的夢想。”（央廣資本眼）
