来说说第三代半导体工业链中技能开展较快、商场空间宽广、现已实践运用、国内追逐最紧的其间一个链条：碳化硅。文章尾部有干货：相关国内公司及事务开展状况。
碳化硅的优势
硅，是制作半导体芯片及器材最为首要的原资料，因自然界储量大、制备相对简略等长处，成为了现在制作半导体芯片和器材最为首要的原资料，现在90%以上的半导体产品是以硅为衬底制成的。但是受资料自身特性的约束，硅基功率器材现已逐渐难以满意5G基站、新能源车及高铁等新式运用对器材高功率及高频功能的需求。
因而，第三代半导体资猜中的碳化硅有望部分代替硅，成为制备高压及高频器材新的衬底资料。而其他范畴仍将以硅为干流，短期内不会被代替。
第三代半导体资料和传统硅资料首要的区别在禁带宽度上。禁带宽度是判别一种半导体资料击穿电压凹凸的重要目标，禁带宽度数值越大，则该种资料制成器材的耐高压才能越强。以碳化硅为代表的第三代半导体资料往往具有更宽的禁带宽度，因而也被称为宽禁带半导体资料。
因为氮化镓在资料制备环节仍有技能难度，当时具有大规模量产条件的可用于制备功率器材的第三代半导体资料仅有碳化硅。
依据天科合达招股书数据，4H型碳化硅的禁带宽度为3.2eV，是硅资料禁带宽度1.1eV的约3倍，这使得其击穿电场强度达到了硅的约7倍，十分合适用来制备功率器材。
除此之外，碳化硅基功率器材在开关频率、散热才能、损耗等目标上也远好于硅基器材。碳化硅资料具有更高的饱满电子搬迁速度、更高的热导率、更低的导通阻抗。
1、阻抗更低，能够缩小产品体积，进步转化功率；2、频率更高，碳化硅器材的作业频率可达硅基器材的10倍，并且功率不跟着频率的升高而下降，能够下降能量损耗；3、能在更高的温度下运转，一起冷却体系能够做的更简略。碳化硅功率器材作业温度可达600℃以
上，是平等硅器材的4倍，能够接受愈加极点的作业环境。
依据ROHM的数据，一款5kW的LLCDC/DC转化器，其电源控制板由碳化硅代替硅基器材后，分量从7kg削减到0.9kg，体积从8755cc下降到1350cc。碳化硅器材尺度仅为同标准硅器材的1/10，碳化硅MOSFET体系能量丢失小于硅基IGBT的1/4，这些优势能够为终端产品带来显着的功能进步。依据CREE的数据，相同的电池下搭载了碳化硅MOSFET的电动车比运用硅基IGBT的电动车续航路程增加了5%~10%。
运用商场宽广
碳化硅衬底依电阻率不同分为导电型和半绝缘型两类，别离外延堆积碳化硅和氮化镓后，用于功率器材和射频器材的制作。
现在干流的器材品种为：功率器材和射频器材，能够说需求高压和高频器材的运用场景都是碳化硅潜在代替的商场。
1、功率器材
运用一：电动车逆变器、充电桩
电动车逆变器是碳化硅功率器材最首要的商场，相同功率下碳化硅模块封装尺度更小，损耗更低。碳化硅功率器材成为进步电动车延伸行进路程、缩短充电时刻、增大电池容量的重要手法。
特斯拉是全球第一家将碳化硅MOSFET运用于商用车主逆变器的厂商，Model3的主逆变器采用了意法半导体出产的24个碳化硅MOSFET功率模块。比亚迪也敏捷跟进，在汉EV上搭载了自主研制的碳化硅功率模块。碳化硅器材也可运用于充电桩，以减小充电桩体积，进步充电速度。
运用二：光伏逆变器
光伏发电体系中，硅基逆变器本钱占体系的10%，但却是体系能量损耗的首要来历。运用碳化硅MOSFET功率模块的光伏逆变器，转化功率可从96%进步至99%以上，能量损耗下降50%以上，设备循环寿数进步50倍，然后缩小体系体积、增加功率密度、延伸器材运用寿数、下降出产本钱。
运用三：轨道交通
轨道交通车辆中很多运用功率半导体器材，其牵引变流器、辅佐变流器、主辅一体变流器、电力电子变压器、电源充电机都有运用碳化硅器材的需求。其间牵引变流器是机车大功率沟通传动体系的中心装备，碳化硅器材的运用能够进步牵引变流器设备功率，进步体系全体效能。
2014年，日本小田急电铁新式通勤车辆装备了三菱电机3300V/1500A全碳化硅功率模块逆变器，开关损耗下降55%、体积和分量削减65%，电能损耗下降20%至36%。
2、射频器材
射频器材是无线通信的中心部件，包含射频开关、LNA、功率放大器和滤波器等。其间功率放大器直接影响基站信号传输间隔及信号质量。硅基LDMOS器材现已运用多年，但首要运用于4GHz以下的低频范畴。
5G通讯高频、高速和高功率的特色对功率放大器功能也提出了更高的要求，碳化硅基氮化镓具有杰出的导热功能、高频率、高功率等优势，成为5G通讯体系、新一代有源相控阵雷达等体系的中心射频器材，有望代替硅基LDMOS。
依据Yole的猜测，2025年功率在3W以上的射频器材中，砷化镓器材商场比例坚持不变，碳化硅基氮化镓将代替大部分硅基LDMOS，占商场50%左右的比例。
物联的新增需求是最重要的驱动力
其对传统硅基功率器材的代替是顺应年代和科技趋势的必定。下流需求的热门现已逐渐从智能手机和4G为代表的移动互联年代，转向智能轿车和5G为代表的的物联年代，新年代布景下大放异彩的时机现已降临。
当然，碳化硅器材现在价格还较高，例如从衬底视点来看，受碳化硅成长速度较慢的影响，一片6寸的碳化硅晶圆价格在1000美元以上，是同尺度硅晶圆价格的20倍以上。不过，据第三代半导体工业技能创新战略联盟表明，其与传统产品价差正在继续缩小。价格下降起伏会显着进步碳化硅器材的代替速度，然后反向影响需求，构成正向循环。
碳化硅工业链的首要公司
碳化硅器材工业链首要由上游衬底资料及外延、中游器材制作、下流运用，以及各环节所用设备构成。现在工业的参与者首要以两类海外厂商为主：
1、传统功率半导体龙头：英飞凌、意法半导体、三菱电机、安森美、瑞萨电子、罗姆等。
2、具有光电子和光通信资料技能的公司：CREE、道康宁、II-VI、昭和电工等。这些公司依靠在资料范畴堆集的优势，从资料端切入了碳化硅工业链，并根本完成从衬底到外延的接连布局。
其间，科锐、罗姆两家厂商具有了从资料端到器材出产端的全流程掩盖，具有工业链中最强的实力。其他厂商大多专心于其间的1~2个环节。
国内厂商追逐进展显着、工业链布局完善，各环节都呈现了参与者：
衬底环节：天科合达、山东天岳、同光晶体等，已完成4英寸衬底商业化，向6英寸开展；
外延环节：瀚天天成、东莞天域等；
器材环节：泰科天润、华润微、根本半导体等。
其间三安集成、世纪金光等也成功完成了工业链贯穿，进行了全流程布局。
工艺难度和壁垒来看，碳化硅无论是资料仍是器材的制作，难度都显着高于传统硅基。其间大部分的难度是碳化硅资料高熔点和高硬度所需特别工艺带来的。碳化硅器材的出产环节首要包含衬底制备、外延和器材制作封测三大过程。各过程中难度和价值量最高的是衬底制备环节，而衬底制备环节中晶体成长是最困难的过程。
“衬底”环节，美国企业CREE全球独大。2018年美国占全球碳化硅晶片产值的70%以上，科锐单独占有一半以上商场比例，前三家企业算计占90%的比例。用于制备射频器材的半绝缘型衬底方面，2020年科锐和贰陆算计占近70%的商场比例。但国内企业山东天岳现已以30%的市占率位列第三，缩小了与国外巨子的距离。
技能方面，科锐和贰陆公司现已成功研制8寸衬底，国内企业产品会集在4寸和6寸。
“器材”范畴，也首要把握在CREE、罗姆两大全工业链掩盖的龙头，以及英飞凌、意法半导体等功率龙头手中。
国内企业已抓住布局碳化硅器材制作，据CASA不完全统计，2020年国内投产3条6英寸SiC晶圆产线，到2020年末，国内至少已有8条6英寸SiC晶圆制作产线，另有约10条SiC出产线正在建造。
国内半导体厂商大力布局第三代半导体职业，含义特殊。是我国大陆半导体追逐的极佳突破口，碳化硅有望引领我国半导体进入黄金年代。
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