近年來第三代半導(dǎo)體風(fēng)起，2022年投資、整合、擴產(chǎn)不斷。

8月15日，氮化鎵龍頭納微半導(dǎo)體宣布收購碳化硅企業(yè)GeneSiC，業(yè)務(wù)線拓展至碳化硅市場。據(jù)悉，GeneSiC在碳化硅功率器件領(lǐng)域排名前十，主要提供650V-6500V全系列車規(guī)級碳化硅MOS，收購總額約19億美元。

目前，碳化硅和氮化鎵是第三代半導(dǎo)體中應(yīng)用最廣的兩類材料，其中碳化硅商用更加成熟，氮化鎵市場初起步。在當(dāng)前的半導(dǎo)體世界中，硅器件仍占據(jù)九成市場，第三代半導(dǎo)體規(guī)模仍小、技術(shù)也需要再突破，但是整體成長速度飛快。

在2022集邦咨詢第三代半導(dǎo)體前沿趨勢研討會上，集邦咨詢化合物半導(dǎo)體分析師龔瑞驕表示：“在全球疫情反復(fù)等客觀因素的影響下，消費電子等終端市場需求有所下滑，但應(yīng)用于功率元件的第三代半導(dǎo)體在各領(lǐng)域的滲透率仍然呈現(xiàn)持續(xù)攀升之勢，其中，800V汽車電驅(qū)系統(tǒng)、高壓快充樁、消費電子適配器、數(shù)據(jù)中心及通訊基站電源等領(lǐng)域的快速發(fā)展，推升了2022年SiC（碳化硅）/GaN（氮化鎵）功率半導(dǎo)體市場需求?！?/p>

國內(nèi)企業(yè)也紛紛落子第三代半導(dǎo)體，布局新能源、新基建等增長型市場，同時也面臨著挑戰(zhàn)。龔瑞驕告訴21世紀(jì)經(jīng)濟報道記者，整體來看，國內(nèi)第三代半導(dǎo)體的困境體現(xiàn)在兩方面，其一是器件技術(shù)方面，比如碳化硅MOS芯片和海外有較大差距，并且主要依靠海外代工；其二，原材料領(lǐng)域，國際上碳化硅襯底已經(jīng)進入8英寸，中國才剛剛步入6英寸量產(chǎn)。

碳化硅加速上車

經(jīng)過十多年的發(fā)展，碳化硅早已走向商用，而隨著全球低碳化趨勢，以及新能源汽車的崛起，碳化硅乘上了新東風(fēng)，尤其是在汽車領(lǐng)域，按下了上車的加速度。

根據(jù)TrendForce集邦咨詢最新報告《2022第三代半導(dǎo)體功率應(yīng)用市場報告》顯示，隨著越來越多車企開始在電驅(qū)系統(tǒng)中導(dǎo)入SiC技術(shù)，預(yù)估2022年車用SiC功率元件市場規(guī)模將達到10.7億美元，至2026年將攀升至39.4億美元。

Wolfspeed中國區(qū)銷售與市場副總裁張三嶺談道，終端應(yīng)用市場對于高效率、高功率密度、節(jié)能省耗的系統(tǒng)設(shè)計需求日益增強，與此同時，各國能效標(biāo)準(zhǔn)也不斷演進，在此背景下，SiC憑借耐高溫、開關(guān)更快、導(dǎo)熱更好、低阻抗、更穩(wěn)定等出色特性，正在不同的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱。

他舉例道，以電動汽車的22kW OBC（車載充電器）應(yīng)用為例，SiC器件有助于減少30%的功率損耗、縮短充電時間，并將功率密度提升50%，帶動系統(tǒng)效率的提升及系統(tǒng)成本的下降。同時SiC開始加速滲透電動汽車、光伏儲能、電動車充電樁、PFC/開關(guān)電源、軌道交通、變頻器等應(yīng)用場景，接下來將逐步打開發(fā)展空間。

談及碳化硅在汽車領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，龔瑞驕接受記者采訪時表示：“核心挑戰(zhàn)在于主驅(qū)逆變器的可靠性要求很高，成本高。產(chǎn)業(yè)鏈也在通過多個方式降低成本，其中在襯底領(lǐng)域有不小空間，比如切割環(huán)節(jié)，普通晶體切割工藝會損失大量產(chǎn)能，使用新型的激光切割等方法來減少損失。此外，國內(nèi)芯片良率上，和國外還有差距?！?/p>

面對電動汽車等市場機遇，全球廠商們不斷擴大碳化硅產(chǎn)能、投入研發(fā)。今年4月，全球SiC材料龍頭Wolfspeed全球最大的首座8英寸（200mm）SiC工廠正式開業(yè)，該工廠預(yù)計2024年達產(chǎn)，屆時產(chǎn)能將達2017年的30倍。除了Wolfspeed，今年英飛凌計劃斥資逾20億歐元，在馬來西亞居林工廠建造第三個廠區(qū)，新廠區(qū)將用于生產(chǎn)碳化硅和氮化鎵功率半導(dǎo)體產(chǎn)品。同時，更多的企業(yè)在8英寸領(lǐng)域進行突破，比如法國企業(yè)Soitec發(fā)布了首款8英寸碳化硅晶圓、中國電科材料爍科公司研制出8英寸碳化硅晶體。

當(dāng)前，國內(nèi)的碳化硅項目也層出不窮，并且汽車領(lǐng)域競爭激烈，除了國外大廠，國內(nèi)的上汽、北汽、廣汽、吉利等大型汽車集團正在加大本土碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的投資力度。在泰科天潤應(yīng)用測試中心主任高遠看來，國產(chǎn)碳化硅芯片項目面臨多方面的問題。比如對于6英寸、8英寸的選擇上，短期內(nèi)仍以6英寸為主，可以謹(jǐn)慎布局英8寸技術(shù)，未來瓶頸在國產(chǎn)8英寸襯底供應(yīng)，同時芯片制造工藝上也亟待突破。

高遠還指出，二極管已成紅海市場，碳化硅二極管成為國產(chǎn)化的突破口，但隨著價格的不斷下降，導(dǎo)致新進玩家門檻越來越高。在碳化硅器件的主戰(zhàn)場主逆變器方面，國產(chǎn)器件需要在工業(yè)領(lǐng)域、OBC、車載DC-DC充分驗證后才能放心上主驅(qū)逆變器，預(yù)計還需要3-5年時間。

氮化鎵急拓新市場

再看熱門的氮化鎵領(lǐng)域，龔瑞驕介紹道，氮化鎵材料被廣泛應(yīng)用在功率半導(dǎo)體、微波射頻元件、光電子元件。在Power（電源）領(lǐng)域，目前主流的襯底類型是硅基氮化鎵，Transphorm、Navitas（納微半導(dǎo)體）、Innoscience（英諾賽科）等廠商均是采用這類的結(jié)構(gòu)。另外在RF元件市場，主要以碳化硅基氮化鎵為主流的結(jié)構(gòu)，相關(guān)廠商有住友電工、科沃、NXP、Wolfspeed等。

當(dāng)前，氮化鎵的主要應(yīng)用場景仍在消費電子端的充電器領(lǐng)域，快充為其提供了商用市場，廠商們也在不遺余力地往數(shù)據(jù)中心、電動汽車等新市場拓展。

目前在全球氮化鎵市場上，英諾賽科排名前三，并采用IDM模式，在蘇州和珠海建有8英寸硅基氮化鎵量產(chǎn)線。英諾賽科首席營銷官馮雷向21世紀(jì)經(jīng)濟報道記者表示，氮化鎵的優(yōu)勢不僅在充電器領(lǐng)域，還包括數(shù)據(jù)中心和車載市場。以數(shù)據(jù)中心電源應(yīng)用為例，英諾賽科已經(jīng)和國內(nèi)外頭部廠商進行合作。

他進一步說道，美國廠商在經(jīng)歷架構(gòu)變化，谷歌提倡服務(wù)器電源從12V到48V的轉(zhuǎn)換，會減少電源損失，氮化鎵的優(yōu)勢非常明顯。

同時，在新能源汽車領(lǐng)域，英諾賽科也已經(jīng)進行布局。馮雷介紹道：“進入量產(chǎn)的是在激光雷達的驅(qū)動激光板的開關(guān)，只有氮化鎵才可以實現(xiàn)需求。下一步，更高壓的氮化鎵是否能做核心驅(qū)動，還在驗證階段?！?/p>

談及產(chǎn)能，馮雷告訴記者，目前英諾賽科的產(chǎn)能可以滿足今年和明年需求，在他看來：“2023年是氮化鎵增長元年，2024年將開始指數(shù)級增長。氮化鎵從試產(chǎn)到量產(chǎn)應(yīng)用，已經(jīng)走過一個循環(huán)，市場還會不斷增長，數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器大廠家都在明確地投入，開發(fā)氮化鎵高效率的解決方案。”

從全球產(chǎn)業(yè)看，氮化鎵企業(yè)也在加快研發(fā)腳步，據(jù)介紹，在材料領(lǐng)域，豐田開發(fā)出超過6英寸的氮化鎵單晶襯底，韓國IVWorks收購法國Saint-Gobain的氮化鎵單晶襯底業(yè)務(wù)；器件領(lǐng)域，Nanowin產(chǎn)品進入三星快速充電器，今年成立首個電動汽車氮化鎵IC設(shè)計中心。

龔瑞驕表示：“車身的OBC、DC/DC、激光雷達中氮化鎵有非常好的應(yīng)用，我們預(yù)估氮化鎵的功率元件市場規(guī)模將在今年達到2.6億美元，2026年成長至17.7億美元，復(fù)合增長率達到61%?！?/p>

不過，他也指出，目前氮化鎵材料的成本還非常高，可以看到4英寸的氮化鎵單晶襯底大概是1500美金，折算回同尺寸的碳化硅大概是四倍的價格。

馮雷則向記者表示：“成本上，氮化鎵近三年內(nèi)快速降低，同樣功率等級的情況下和硅產(chǎn)品相比，已經(jīng)從5、6倍降至1.5倍的水平，接下來還會進一步下降?！?/p>

隨著氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈的成熟和成本的不斷降低，氮化鎵功率器件的應(yīng)用場景將會進一步拓展。