黄色网站在线播放,亚洲国产精品一区二区久久,无码区免贽观看一级黄片,四虎影视在线影院www,japanese国产永久在线,亚洲欧美综合乱码精品成人网,亚洲综合欧美在线

?
A+ A-

市場前景看漲 企業(yè)發(fā)力布局 碳化硅半導體暗戰(zhàn)升級

來源:中國汽車報   發(fā)布時間:2021-12-07 13:04:38

  新材料正在重塑全球半導體產(chǎn)業(yè)競爭新格局。業(yè)內(nèi)人士希望到2025年,碳化硅的供應商有足夠的產(chǎn)能,否則這個行業(yè)或許會面臨供需不平衡問題。雖然市場空間巨大,但其大規(guī)模商用仍需跨越多個方面的關卡。

  在“新基建”和“雙碳”目標的推動下,我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)正加速發(fā)展,有望成為綠色經(jīng)濟的中流砥柱,引領新一輪產(chǎn)業(yè)革命。

  而以碳化硅為代表的第三代半導體,也是支撐新能源汽車發(fā)展的關鍵技術之一,在電機控制器、車載充電器、DC/DC轉換器等零部件中發(fā)揮重要的作用。雖然其在汽車行業(yè)大規(guī)模普及尚待時日,但國內(nèi)外企業(yè)瞄準第三代半導體的競爭已經(jīng)開啟。

  第三代半導體處在黃金賽道

  從上世紀90年代才真正起步,中國半導體產(chǎn)業(yè)可謂一直在“自主可控”的道路上奮進。隨著第三代半導體嶄露頭角,我國半導體產(chǎn)業(yè)也迎來了新的發(fā)展契機。更為重要的是,我國正處在碳達峰階段,并將逐步過渡到碳中和時代,汽車領域的電氣化必將為其提供有力支撐。

  從半導體的發(fā)展歷史看,硅、鍺為第一代半導體;砷化鎵、磷化銦為第二代半導體的代表;發(fā)展到第三代半導體,涌現(xiàn)出碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、金剛石、氮化鋁等材料。其中,碳化硅、氮化鎵目前是技術相對成熟的材料。  

  在電力電子領域,電力供應與傳輸?shù)拈_和關,可以用半導體的導電和不導電來實現(xiàn),從而構成了功率半導體的基礎。而功率半導體,正是第三代半導體的主要用武之地。據(jù)悉,第三代半導體的應用場景通常為高溫、高壓、高功率場景,器件需要具有較好的耐高溫和散熱性能,以保證其工作壽命。第三代半導體主要應用于功率器件和射頻器件。從應用場景來看,碳化硅器件更適合高壓和高可靠性情景,應用在新能源汽車和工控等領域,氮化鎵器件更適合高頻情況,應用在5G基站等領域。

  業(yè)界普遍認為,碳化硅是第三代半導體材料的代表,也是未來能源、交通、制造等領域的重要支撐技術。碳化硅的熱導率約是氮化鎵熱導率的3倍,具有更強的導熱性能,器件壽命更長,可靠性更高,系統(tǒng)所需的散熱系統(tǒng)更小。

  當前,第三代半導體正處于快速發(fā)展的黃金賽道。2020年,我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)電力電子和射頻電子總產(chǎn)值超過100億元,同比增長69.5%。其中,碳化硅、氮化鎵電力電子產(chǎn)值規(guī)模達44.7億元,同比增長54%。

  從第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況來看,全球市場基本形成了美國、歐洲、日本企業(yè)三足鼎立的態(tài)勢。雖然與國際巨頭仍有一定差距,但隨著下游市場的需求拉動,我國企業(yè)也開始奮起直追。

  “新材料正在重塑全球半導體產(chǎn)業(yè)競爭新格局。”第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長吳玲說道。

  新能源汽車或是主力市場

  碳化硅功率器件被廣泛應用于新能源汽車中的主驅(qū)逆變器、DC/DC轉換器、充電系統(tǒng)中的車載充電機和充電樁等,以及光伏、風電等領域。受益于新能源汽車推廣,碳化硅功率器件市場有望迎來快速增長。資料顯示,到2025年,新能源汽車與充電樁領域的碳化硅市場將達17.78億美元(約合人民幣116.81億元),約占碳化硅總市場規(guī)模的七成。 

 

  “希望到2025年,碳化硅的供應商有足夠的產(chǎn)能,否則這個行業(yè)或許會面臨供需不平衡問題。”半導體研究咨詢公司Yole功率與無線部門總監(jiān)克萊爾·特勞德克指出,碳化硅模塊在IGBT市場的應用不斷增長,碳化硅技術及基礎器件未來發(fā)展空間巨大,這也是越來越多企業(yè)在這個領域加大投入的原因。

  北京天科合達半導體股份有限公司副總經(jīng)理劉春俊表示,由于碳化硅具有開關速度快、開關損耗小的優(yōu)勢,是實現(xiàn)新能源汽車電機控制器功率密度提升的關鍵要素。事實上,行業(yè)人士已形成共識,第三代半導體碳化硅的普及和應用是電驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。

  據(jù)記者了解,采用碳化硅器件的電驅(qū)系統(tǒng),體積可減小40%,重量可減輕30%,效率可提升10%。同時,碳化硅器件的能量損失更小。相較于硅基IGBT,采用碳化硅MOSFET的電動汽車,續(xù)駛里程更長,可增加5%~10%,因為減少能量損耗能夠直接提高車輛續(xù)駛里程。

  得益于碳化硅材料的獨特優(yōu)勢,近年來,產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)紛紛對此展開布局。當前,碳化硅二極管和MOSFET管器件在新能源汽車的車載電源系統(tǒng)上已獲得應用,而行業(yè)也在期待碳化硅功率模塊在新能源汽車上全面替代硅基IGBT模塊。

  特勞德克介紹稱,目前碳化硅市場占比不足4%,但到2026年前后,這個數(shù)字有望增至30%,氮化鎵占比或達5%,碳化硅和氮化鎵在今后的功率半導體市場會有更多的增長機會。

  此外,儲能市場也是碳化硅應用的重要領域。根據(jù)中商情報網(wǎng)數(shù)據(jù),使用碳化硅功率器件可使轉換效率從96%提高至99%以上,能量損耗降低50%以上,設備循環(huán)壽命提升50倍。

  深圳古瑞瓦特新能源有限公司副總經(jīng)理兼研發(fā)總監(jiān)吳良材表示,發(fā)展家庭能源系統(tǒng)在歐美市場是比較流行的一個趨勢。整個家庭中的能源由光伏提供,包含光伏儲能與電動汽車。碳化硅高導熱性、高耐溫性、寬禁帶和高擊穿場強的性能非常適合這一場景應用。事實上,特斯拉就已構建一個以太陽能屋頂系統(tǒng)和Powerwall為核心的能源系統(tǒng),其投建光儲充一體化超級充電站工作原理是將太陽能轉化為電能,并通過Powerwall存儲相關能量,并將這些電能再以充電的形式補給電動汽車,由此形成一個能量使用的閉環(huán)。

  全產(chǎn)業(yè)鏈布局競爭暗流涌動

  當前,全球多個國家和地區(qū)對碳化硅的發(fā)展都有比較明確的產(chǎn)業(yè)政策,企業(yè)間的競爭也不斷加速。目前,碳化硅器件市場的頭部企業(yè)包括意法半導體、Wolfspeed、羅姆半導體、英飛凌、艾森美、三菱電機等。這些企業(yè)對于碳化硅板塊未來的預期都非常高。

  一些整車企業(yè)在碳化硅的應用上也較為積極。特斯拉是率先使用碳化硅功率器件的車企,其Model 3、Model Y采用意法半導體的碳化硅MOSFET模塊,顯著提升了車輛續(xù)駛里程和其他性能。2020年,比亞迪高端車型“漢”也配裝碳化硅功率模塊。比亞迪預計到2023年,將在旗下電動汽車上實現(xiàn)碳化硅器件對硅基IGBT器件的全面替代。

  據(jù)悉,不少車企已將碳化硅電機控制器列入新項目開發(fā)計劃。小鵬汽車、蔚來汽車都官宣,要使用碳化硅的工藝器件模塊。此外,豐田、大眾、北汽、一汽、理想汽車業(yè)都有使用碳化硅工藝器件的計劃。

  在劉春俊看來,國際上碳化硅的產(chǎn)業(yè)鏈已完全成熟,中國的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展比較快,目前形成了完全的產(chǎn)業(yè)鏈,從襯底-外延-器件-應用,我國企業(yè)都占據(jù)了一定的市場份額和地位。

  以英飛凌的IGBT為例,國內(nèi)企業(yè)的IGBT產(chǎn)品與之相比至少還有兩代以上的差距,約為8~10年。因此,國內(nèi)碳化硅企業(yè)肩負著攻克“卡脖子”技術的使命。

  有業(yè)內(nèi)人士對記者表示,國內(nèi)外約有碳化硅器件企業(yè)20多家,能夠供應碳化硅MOSFET的企業(yè)也不斷出現(xiàn)。自主碳化硅器件與碳化硅電機的商業(yè)化落地,不僅意味著新技術的飛躍,而且將進一步打破IGBT被外資企業(yè)壟斷的局面。

  據(jù)劉春俊介紹,天科合達半導體完成了6英寸導電型和半圓型碳化硅襯底的產(chǎn)業(yè)化,“未來5年,6英寸產(chǎn)品將是市場的主流,8英寸產(chǎn)品也在逐步量產(chǎn),我們計劃明年實現(xiàn)量產(chǎn),其他家也在積極做量產(chǎn)的準備。”

  “隨著技術的進步和成本的降低,未來碳化硅將會在更多的領域得到應用。”南京大學教授李哲洋稱,碳化硅芯片在較高的溫度下工作,同時擁有低的損耗(導通損耗和開關損耗),系統(tǒng)集成的時候使用較小的冷卻系統(tǒng),在提高效率的同時系統(tǒng)耗損減少,適用于新能源汽車快充。

  產(chǎn)業(yè)化仍需跨越諸多挑戰(zhàn)

  “十四五”規(guī)劃指出,要推動第三代半導體產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。我國也陸續(xù)出臺相關政策,為第三代半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供支持。

  近日,北京市印發(fā)《北京市“十四五”時期國際科技創(chuàng)新中心建設規(guī)劃》,提出支持開展關鍵新材料“卡脖子”技術攻關,搭建硅基光電子、第三代半導體器件等重點領域共性技術平臺,加速技術及產(chǎn)品研發(fā)進程;圍繞碳化硅、氮化鎵等高品質(zhì)材料、器件、核心設備,打造第三代半導體高端產(chǎn)業(yè)鏈。

  今年3月,科技部正式批復了《支持廣東省建設國家第三代半導體創(chuàng)新中心》,支持設置深圳平臺,聚焦第三代半導體關鍵核心技術和重大應用突破,統(tǒng)籌全國優(yōu)勢力量為第三代半導體提供源頭技術供給,推動我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力整體躍升。

  基本半導體汽車行業(yè)總監(jiān)文宇對記者表示,新能源汽車的快速增長將極大地提升碳化硅功率模塊的需求,預計行業(yè)將在2023年迎來碳化硅電機控制器的量產(chǎn)爆發(fā)。

  根據(jù)Yole公司的研究,2018年碳化硅功率器件市場規(guī)模約4億美元,2024年這個數(shù)字將增至50億美元,年復合增速約51%,而2027年碳化硅功率器件市場規(guī)模有望達到172億美元。雖然市場空間巨大,但碳化硅的大規(guī)模商用仍需跨越多個方面的關卡。

  “成本一直是碳化硅器件應用的一只攔路虎。”李哲洋介紹稱,目前有幾個途徑可降低成本,一是擴產(chǎn),幾家大型供應商進行了較大規(guī)模的擴產(chǎn),并進一步加大相關投入;二是技術創(chuàng)新,例如豐田采用表面納米工藝,實現(xiàn)了零缺陷的6英寸襯底,從而大大提高了其使用效率,日本住友通過溶液單晶生長方法,最近獲得了了使用面積高達99%的6英寸襯底,生長速率達到了2毫米/小時。

  此外,碳化硅產(chǎn)品還面臨可靠性和應用方面的挑戰(zhàn)。據(jù)悉,目前掌握MOSFET氧化層核心技術的公司較少;針對一些應用場景,碳化硅的解決方案設計難度增加;新冠肺炎疫情的反復降低了工作效率。

  業(yè)內(nèi)人士告訴記者,碳化硅良品率提升是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵,碳化硅長晶技術難度較高,良品率提升困難,如果碳化硅生產(chǎn)良品率不及預期,第三代半導體應用普及速度面臨挑戰(zhàn)。

  劉春俊稱,碳化硅未來將朝著大尺寸特別是8英寸發(fā)展,此外會不斷降低成本,并減小缺陷密度,提供高質(zhì)量產(chǎn)品。

  “從系統(tǒng)集成的角度,如何平衡碳化硅產(chǎn)品的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)以及成本問題,是產(chǎn)業(yè)界需要共同探討和解決的問題。”采埃孚(中國)投資有限公司電控開發(fā)高級經(jīng)理魏俊生指出,“這些方面其實是相輔相成的,通過更好的系統(tǒng)集成和更好的產(chǎn)品應用,能實現(xiàn)器件成本的優(yōu)化。”

責任編輯:封曉健

數(shù)字報刊