產業(yè)化關鍵窗口期 專家熱議第三代半導體未來發(fā)展之路

    本報記者 劉釗

    以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體有許多不可替代的優(yōu)異性質，應用領域廣泛，是國家重大需求和國際高科技產業(yè)競爭的關鍵領域之一，正處于產業(yè)化的關鍵窗口期。6月15日，2023集邦咨詢第三代半導體前沿趨勢研討會在深圳舉行，與會專家就第三代半導體當前的發(fā)展情況各抒己見，共同探尋產業(yè)發(fā)展之路。

    北京大學寬禁帶半導體研究中心主任沈波表示，我國第三代半導體材料和器件在光電子、射頻電子和功率電子3大領域已經建立了較為完整的研發(fā)和產業(yè)體系，半導體照明產業(yè)規(guī)模已居世界第一，但整體上第三代半導體技術與國際頂尖水平還有3到5年差距。目前，國內科研機構領域已具備全創(chuàng)新鏈研發(fā)能力，而第三代半導體全產業(yè)鏈也已基本形成，布局比較完整。

    氮化鎵技術突破推動市場發(fā)展

    氮化鎵功率器件具有良好的耐熱性、導電性和散熱性。與硅元件相比，氮化鎵功率器件具有更高的電流密度和遷移率。華燦光電氮化鎵電力電子研發(fā)總監(jiān)邱紹諺表示，基于氮化鎵功率器件的電能轉換技術作為電力電子領域的核心技術之一，廣泛應用于消費電子、數據中心等諸多領域，是推進電能高效利用的關鍵技術，也是節(jié)能減排的重要技術。氮化鎵的技術突破，疊加各大廠商加入，加速了氮化鎵快充市場發(fā)展，這樣帶來的就是營收和市場規(guī)模的增長會比較快。

    邱紹諺進一步表示，2023年其實才是真正氮化鎵的元年，氮化鎵剛開始出來除了做LED以外，并沒有攻入新能源市場，而轉去做消費性電子，反而是碳化硅進入了新能源市場。氮化鎵的功用應該應用到新能源市場，今年有很多大廠開始慢慢導入了車用，然后才會延伸到更多的新能源應用領域。預計到2027年市場規(guī)模會達到20億美金。

    英諾賽科產品應用總監(jiān)鄒艷波認為，能源電子的發(fā)展趨勢有兩個方向。一個是高頻，這主要是因為在很多應用場景中，產品尺寸要求小型化，這就需要通過提升頻率，將電源轉換的尺寸做小。另一個是集成化，將功能子模塊進行集成，這樣讓系統(tǒng)開發(fā)更簡單，更容易實現(xiàn)自動化加工。這幾年光伏發(fā)電上網價格可以做到跟傳統(tǒng)能源的價格相當，這樣就解決了它的價格問題，并且光伏發(fā)電又是綠色、可持續(xù)發(fā)展的能源，相信未來它將成為能源的最終解決方案之一。而在光伏發(fā)電的轉化環(huán)節(jié)使用氮化鎵，可以將新能源利用的效率提升5%，同時在尺寸上減小30%，更利于系統(tǒng)的集成。期待氮化鎵在能源電子上得到應用，早日實現(xiàn)能源自由。

    碳化硅需求與日俱增

    碳化硅作為第三代半導體材料，具有比硅更優(yōu)越的性能。不僅禁帶寬度較大，還兼具熱導率高、飽和電子漂移速率高、抗輻射性能強、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性，成為新能源汽車領域的“香餑餑”。近年來，隨著碳化硅應用領域的擴展，需求的激增，產業(yè)對于碳化硅外延片品質和產能要求不斷提高，碳化硅外延設備也就占據了產業(yè)鏈上游關鍵環(huán)節(jié)。

    納設智能總經理陳炳安坦言，不管是硅基還是碳化硅，整個產業(yè)流程都是大同小異的。外延生長是SiC器件制造的核心環(huán)節(jié)，外延環(huán)節(jié)也占了芯片成本的25%，其中外延質量對器件的性能影響非常大，因此做出智能化、穩(wěn)定的外延裝備至關重要。近幾年來，隨著新能源汽車、充電樁等下游應用的發(fā)展，拉動了整個產業(yè)的爆發(fā)，截至2022年，國內SiC產業(yè)投資累計超1000億元。

    得益于優(yōu)異的能源轉換效率，碳化硅在電動汽車、光伏、軌道交通、智能電網、家電等領域均有廣泛應用前景。國星光電研究院三代半導體研發(fā)總監(jiān)成年斌列舉了當前三代半導體領域應用現(xiàn)狀。以電動汽車為例，據TrendForce集邦咨詢調查與分析，隨著越來越多車企開始在電驅系統(tǒng)中導入碳化硅技術，預估2026年車用碳化硅功率元件市場規(guī)模將攀升至39.4億美元。當下，電動汽車滲透率不斷增高，同時整車電氣架構向800V高壓方向演進，這一趨勢推動了市場對碳化硅器件的需求。

    天科合達研發(fā)總監(jiān)婁艷芳表示，在綠色生態(tài)鏈中，碳化硅發(fā)揮著重要作用，也面臨著更為嚴苛的要求。其中，碳化硅襯底作為價值最重、工藝難度和門檻最高的環(huán)節(jié)，面臨著較大的挑戰(zhàn)。就成本來說，襯底成本占據整個產品制作的50%左右，也因此，8英寸襯底因有效利用率高，有助于產業(yè)鏈實現(xiàn)降本增效的目標，已成為碳化硅領域的“兵家必爭之地”。

    集邦咨詢化合物半導體分析師龔瑞驕介紹，碳化硅市場的發(fā)展受到了新能源產業(yè)的強力驅動，特別是新能源汽車的蓬勃發(fā)展，也是帶動了碳化硅產業(yè)的騰飛。除此以外，碳化硅還參與到能源的生產與分配，包括EV、儲能、UPS、充電樁等等。這幾年電動汽車與儲能設施的快速發(fā)展，是導致碳化硅供不應求的主要因素。在種種下游應用的驅動下，碳化硅功率元件市場規(guī)模將從2022年的16.1億美金成長到2026年的53.3億美金，復合增長率達到35%。

（編輯 何帆 白寶玉）