第三代半导体材料SiC发展颇为火热

今年的半导体产业，碳化硅（SiC）颇为火热。

　　前不久，英飞凌宣布以1.39亿美元收购初创企业Siltectra，获得后者创新技术ColdSpilt以用于碳化硅晶圆的切割上，进一步加码碳化硅市场，X—Fab、日本罗姆等企业早些时候也相继宣布将扩大碳化硅产能，碳化硅产业海外重要玩家已开始备战。

　　那么国内SiC市场又是何种景象？事实上，今年以来关于碳化硅相关消息已越来越多地出现。近期山东天岳碳化硅材料项目在浏阳高新区开工，项目总投资30亿元，一期主要生产碳化硅导电衬底、二期主要生产功能器件；时间再往前，今年9月芯光润泽国内首条碳化硅IPM产线正式投产......

　　热度渐起，那么国内碳化硅产业发展现状如何？又有哪些厂商在攻关碳化硅产业？

　　国内碳化硅产业发展现状

　　碳化硅为第三代半导体的主要代表之一，拥有禁带宽度大、器件极限工作温度高、临界击穿电场强度大、热导率等显著的性能优势，在电动汽车、电源、军工、航天等领域备受欢迎，为众多产业发展打开了全新的应用可能性，被行业寄予厚望。

　　从产业链角度看，碳化硅包括单晶衬底、外延片、器件设计、器件制造等环节，但目前全球碳化硅市场基本被在国外企业所垄断。

　　在全球市场中，单晶衬底企业主要有Cree、DowCorning、SiCrystal、II-VI、新日铁住金、Norstel等，外延片企业主要有DowCorning、II-VI、Norstel、Cree、罗姆、三菱电机、Infineon等，器件方面，全球大部分市场份额被Infineon、Cree、罗姆、意法半导体等少数企业瓜分。

　　由于碳化硅产业环节如芯片性能与材料、结构设计、制造工艺之间的关联性较强，不少企业仍选择采用IDM模式，如罗姆和Cree均覆盖了碳化硅衬底、外延片、器件、模组全产业链环节，其中Cree占据衬底市场约40%份额、器件市场约23%份额。

　　事实上，目前整个碳化硅产业尚未进入成熟期，但国际厂商已实现多个环节规模量产技术瓶颈的突破，并已摩拳擦掌、即将掀起一场大战，而国内碳化硅产业仍处于起步阶段，与国际水平仍存在差距。

　　如今SiC器件在国内光伏逆变器、车载充电器、充电桩等领域虽已开始应用，但国内市场上大部分碳化硅功率器件依赖进口，主要为Cree、Infineon、罗姆等占有。

　　不过，近年来国内已初步建立起相对完整的碳化硅产业链体系，包括有IDM厂商中车时代电气、世纪金光、泰科天润、扬杰电子等，单晶衬底企业山东天岳、天科合达、同光晶体等，外延片企业天域半导体、瀚天天成等，部分厂商已取得阶段性进展。

　　单晶衬底方面，目前国内可实现4英寸衬底的商业化生产，山东天岳、天科合达、同光晶体均已完成6英寸衬底的研发，中电科装备研制出6英寸半绝缘衬底。

　　外延片方面，国内瀚天天成和天域半导体均可供应4-6英寸外延片，中电科13所、55所亦均有内部供应的外延片生产部门。

　　器件方面，国内600-3300 V SiC SBD已开始批量应用，有企业研发出1200V/50A SiC MOSFET；泰科天润已建成国内第一条碳化硅器件生产线，SBD产品覆盖600V-3300V的电压范围；中车时代电气的6英寸碳化硅生产线也于今年1月首批芯片试制成功。

　　模块方面，国内已开发出1200V/50-400A全SiC功率模块、600-1200V/100-600A混合SiC功率模块；今年9月18日，厦门芯光润泽国内首条碳化硅 IPM产线正式投产。

　　总体而言，国内已初步形成了涵盖各环节的碳化硅产业链，在央地政府政策的支持以及市场需求的驱动下，国内企业正在努力跟跑赶超。

　　盘点国内碳化硅产业链企业

　　单 晶 衬 底

　　山东天岳先进材料科技有限公司

　　山东天岳先进材料科技有限公司成立于2010年10月，山东天岳晶体材料公司是其旗下控股公司。山东天岳是山东大学晶体研究所的产业化基地，主要从事宽禁带碳化硅半导体衬底的研发与生产，广泛应用于电力输送、航空航天、新能源汽车、半导体照明、5G通讯等技术领域。

　　截至目前，山东天岳累计投资15亿元建成了碳化硅单晶衬底材料产业化基地。2017年，山东天岳自主开发了全新的高纯半绝缘衬底材料，目前量产产品以4英寸为主，此外其4H导电型碳化硅衬底材料产品主要有2英寸、3英寸、4英寸及6英寸。山东天岳还独立自主开发了6英寸N型碳化硅衬底材料，现在产品正处于工艺固化阶段。

　　今年5月，山东天岳董事长宗艳民在接受媒体采访时表示，山东天岳的碳化硅衬底订单已接到明年下半年。11月中旬，山东天岳碳化硅材料项目在浏阳高新区开工，项目总投资30亿元，一期主要生产碳化硅导电衬底、二期主要生产功能器件。

　　北京天科合达半导体股份有限公司

　　北京天科合达半导体股份有限公司成立于2006年9月，由新疆天富集团、中国科学院物理研究所共同设立，专注于第三代半导体碳化硅晶片研发、生产和销售。天科合达在北京总部拥有一个研发中心和一个集晶体生长-晶体加工-晶片加工-清洗检测的全套碳化硅晶片生产基地，新疆子公司主要进行碳化硅晶体生长。

　　天科合达在国内首次建立了完整的碳化硅晶片生产线、实现碳化硅晶体的产业化，打破了国外长期的技术封锁和垄断，向国内60余家科研机构批量供应晶片2~4英寸碳化硅单晶衬底（包括半绝缘体、导电、沿C轴和偏角度等），已形成一条年产量达7万片的生产线。今年7月消息显示，天科合达6英寸碳化硅晶片正在准备中，尚未实现批量生产。

　　2018年10月19日，天科合达在徐州经开区投资的碳化硅晶片项目正式签约。

　　河北同光晶体有限公司

　　河北同光晶体有限公司成立于2012年，主要从事第三代半导体材料碳化硅衬底的研发和生产。同光晶体的主要产品包括4英寸和6英寸导电型、半绝缘碳化硅衬底，其中4英寸衬底已达到世界先进水平，目前已建成完整的碳化硅衬底生产线。

　　同光晶体先后承担了国家863计划“大功率GaN电子器件用大尺寸SiC衬底制备及外延技术研究”课题、国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项“中低压SiC材料、器件及其在电动汽车充电设备中的应用示范”课题，前者已通过验收。

　　2017年10月，同光晶体联合清华大学、北京大学宽禁带半导体研究中心、中国科学院半导体研究所、河北大学共同搭建了“第三代半导体材料检测平台”。

　　中科钢研节能科技有限公司

　　中科钢研节能科技有限公司成立于2016年，是由新冶集团、国宏华业投资有限公司和公司骨干员工三方共同出资成立的由央企控股的混改公司。中科节能与上海大革、国宏华业及四家地方国企共同组建了“中科节能碳化硅生长技术重点实验室”，后来被北京市发改委批复为“第三代半导体制备关键共性技术北京市工程实验室”，上述单位联合研发的升华法4英寸导电性碳化硅晶体长晶生产过程稳定，可获得高品质、大规格的碳化硅晶体。

　　2017年5月，中科节能宣布将联合国宏华业等4-5家已取得共识的合作单位通过全国布局投资30亿人民币，打造国内最大的碳化硅晶体衬底片生产基地，正式启动碳化硅产业化项目。

　　2017年7月，中科节能与青岛莱西市、国宏中晶签订合作协议，投资建设碳化硅长晶生产线项目。该项目总投资10亿元，项目分两期建设，一期投资约5亿元，预计2019年6月建成投产，建成后可年产5万片4英寸N型碳化硅晶体衬底片和5千片4英寸高纯度半绝缘型碳化硅晶体衬底片；二期投资约5亿元，建成后可年产5万片6英寸N型碳化硅晶体衬底片和5千片4英寸高纯度半绝缘型碳化硅晶体衬底片。

　　外 延 片

　　瀚天天成电子科技（厦门）有限公司

　　瀚天天成电子科技（厦门）有限公司成立于2011年3月，是一家集研发、生产、销售碳化硅外延晶片的中美合资高新技术企业，已形成3英寸、4英寸以及6英寸的完整碳化硅半导体外延晶片生产线，并满足600V、1200V、1700V器件制作的需求。

　　官网信息显示，2012年3月瀚天天成宣布开始接受商业化碳化硅半导体外延晶片订单，成为中国第一家提供产业化3英寸和4英寸碳化硅半导体外延晶片生产商。2014年4月，瀚天天成正式接受商业化6英寸碳化硅外延晶片订单，成为国内首家提供商业化6英寸碳化硅外延晶片的生产商。

　　瀚天天成今年在接受媒体采访时表示，目前已着手实施扩大产能的规划，预计今年年底完成二期厂房的土地建设，并于明年上半年逐步释放新产能，预期实现十倍产能增长，达到年产能30万片。

　　东莞市天域半导体科技公司

　　东莞市天域半导体科技有限公司（TYSTC）成立于2009年1月，是我国首家专业从事第三代半导体碳化硅外延片研发、生产和销售的高新技术企业。

　　2010年天域半导体与中国科学院半导体所合作成立了“碳化硅技术研究院”，联合进行“第三代半导体碳化硅外延晶片研发及产业化”，成为全球成为全球碳化硅外延晶片的主要生产商之一。

　　根据媒体报道，2012年天域半导体已实现年产超2万片3英寸、4英寸碳化硅外延晶片的产业化能力，目前可提供6英寸碳化硅外延晶片以及各种单极、双极型SiC功率器件等产品。

　　器件 模块 IDM

　　中国电子科技集团有限公司

　　中国电子科技集团有限公司是在原信息产业部直属的46家电子科研院所及26家全资或控股公司基础上组建而成，于2002年3月正式挂牌运营，主要从事国家重要军民用大型电子信息系统的工程建设，以及重大电子装备、软件、基础元器件、功能材料的研制、生产及保障服务。

　　中电科旗下2所、13所、55所等均在碳化硅产业有相关布局。其中，中电科2所已实现高纯碳化硅材料、高纯半绝缘晶片量产，官网显示其产品有N型4H-SiC衬底材料、高纯4H-SiC衬底材料；中电科55所是国内少数从4-6寸碳化硅外延生长、芯片设计与制造、模块封装领域实现全产业链的企业单位，其6英寸碳化硅中试线已投入运行，旗下的控股子公司扬州国扬电子为“宽禁带电力电子器件国家重点实验室”的重要实体单位，专业从事以碳化硅为代表的新型半导体功率模块的研制和批产，现有一条于2017年投产、产能50万只/年的模块工艺线。

　　2018年9月，中电科（山西）电子信息科技创新产业园项目奠基，该产业园占地1000余亩，投资50亿元，其中包括中国电科（山西）三代半导体技术创新中心、中国电科（山西）碳化硅材料产业基地，表示将通过吸引上游企业、形成产业聚集效应，打造电子装备制造、三代半导体产业生态链，建成国内最大的碳化硅材料供应基地。

　　此外，中电科48所成功研制出适用于4-6英寸碳化硅材料及器件制造的高温高能离子注入机、单晶生长炉、外延生长炉等关键装备并实现初步应用，并于今年5月通过科技部验收。

　　株洲中车时代电气股份有限公司

　　株洲中车时代电气股份有限公司是中国中车(601766,股吧)旗下股份制企业，其前身及母公司——中车株洲电力机车研究所有限公司创立于1959年。

　　2011年，中车时代电气与中科院微电子所成立联合研发中心，正式开展碳化硅功率半导体器件研究；2013年后，陆续获得国家科技重大专项“02专项”等多项国家重点项目支持；2016年该公司自主研发的碳化硅功率模块在轨道交通、光伏逆变器成功进行示范应用。

　　2017年12月，中车时代电气总投资3.5亿元人民币的6英寸碳化硅产业基地技术调试成功，2018年1月首批芯片试制成功。这是国内首条6英寸碳化硅生产线，获得了国家“02专项 ”、国家发改委新材料专项等国家重点项目支持，是中车时代电气的重点投资项目之一，实现碳化硅二极管和MOSFET芯片工艺流程整合，成功试制1200V碳化硅肖特基二极管功率芯片。

　　北京世纪金光半导体有限公司

　　北京世纪金光半导体有限公司成立于2010年12月，前身为始建于1970年的中原半导体研究所（国营542厂），主要产品包括碳化硅高纯粉料、碳化硅单晶片、碳化硅同质外延片、氮化镓基外延片、石墨烯、碳化硅SBD器件、碳化硅MOSFET器件、碳化硅功率模块、IGBT模块等，集半导体单晶材料、外延、器件、模块的研发、设计、生产与销售于一体的，贯通了第三代半导体全产业链。

　　世纪金光于2015年第一款碳化硅SBD研制成功，开始碳化硅全产业链工业生产线建设；2016年第一款碳化硅 MOSFET器件研发成功；2018年2月1日，世纪金光6英寸碳化硅器件生产线成功通线，我国首次实现碳化硅全产业链贯通。

　　泰科天润半导体科技公司

　　泰科天润成立于2012年，致力于碳化硅功率器件的自主研发、生产、销售和应用解决方案，目前在北京已建成国内第一条完整的4～6寸碳化硅器件量产线，可在碳化硅外延上实现半导体功率器件的制造工艺。

　　泰科天润的基础核心产品以碳化硅肖特基二极管为代表，产品包含各种封装形式的碳化硅肖特基二极管、碳化硅MOSFET和碳化硅模块等，其中600V/5A～50A、1200V/5A～50A和1700V/10A等系列的碳化硅肖特基二极管产品已投入批量生产。

　　此外，泰科天润还研制成功1200V碳化硅MOSFET功率器件，掌握了碳化硅MOSFET器件的设计、关键工艺和制造等全套技术，成为国际上少数几个能提供碳化硅MOSFET器件的公司之一。

　　厦门芯光润泽科技有限公司

　　厦门芯光润泽科技有限公司成立于2016年3月，是专业从事第三代半导体碳化硅功率器件与模块研发制造产业化发展的高新科技型企业。据悉，芯光润泽在2012年就通过引进海内外顶尖行业专家，组建碳化硅芯片科研技术团队，并在第三代半导体方面与西交大、西电等院校成立联合研发中心。

　　2016年12月，芯光润泽第三代半导体碳化硅功率模块产业化项目正式开工建设，2018年9月18日，芯光润泽国内首条碳化硅IPM产线正式投产。近期消息显示，目前该生产线投产稳定，每月生产规模可达30万、每年可达360万颗。

　　扬州扬杰电子科技股份有限公司

　　扬州扬杰电子科技股份有限公司成立于2006年，致力于功率半导体芯片及器件制造、集成电路封装测试等领域的产业发展，主营产品为各类电力电子器件芯片、功率二极管及碳化硅SBD、碳化硅JBS等。

　　2015年3月，扬杰科技与西安电子科技大学签约开展第三代半导体材料与器件的产业化应用研究工作；2015年4月，扬杰科技通过增资和股权转让方式取得国宇电子38.87%股权，与中国电子科技集团公司第五十五研究所在碳化硅芯片和模块产品方面建立紧密合作关系。2015年7月，扬杰科技募资1.5亿元用于碳化硅芯片、器件研发及产业化建设项目。

　　今年年中，扬杰科技表示碳化硅项目正处于封装与流片的技术积累阶段，为建线进行前期的研发准备。

　　上海瞻芯电子科技有限公司

　　上海瞻芯电子科技有限公司成立于2017年7月，是一家无晶圆厂（Fabless）半导体初创公司，致力于开发以新型功率器件为核心的高性价比功率集成电路和应用模块产品，为电源和电驱动系统的小型化、高效化和轻量化提供完整的半导体解决方案。

　　2018年5月，上海瞻芯电子称其制造的第一片国产6英寸碳化硅MOSFET晶圆正式面世。据介绍，上海瞻芯电子于2017年10月上旬完成工艺流程、器件和版图设计，在10月至12月间完成初步工艺试验，并且从2017年12月开始正式流片，2018年5月成功地在一条成熟量产的6英寸工艺生产线上完成碳化硅MOSFET的制造流程。晶圆级测试结果表明，各项电学参数达到预期，为进一步完成工艺和器件设计的优化奠定了坚实基础。

　　全球能源互联网研究院有限公司

　　全球能源互联网研究院有限公司前身为国网智能电网研究院，是国家电网公司直属科研单位，国内首家专业从事全球能源互联网关键技术和设备开发的高端研发机构。

　　全球能源互联网研究院有限公司搭建了国内首个高压大功率碳化硅电力电子器件平台，与科研院所联合开展了从材料到器件的协同开发，在高温离子注入、高温氧化退火等关键工艺设备技术水平处于世界先进水平，实现了从材料到功率器件研发到电力电子装备应用的协同发展。

　　今年4月，由全球能源互联网研究院有限公司承担的“高压大功率碳化硅电力电子器件平台工艺开发与器件研制”项目通过北京市科委组织的专家组验收。

　　深圳基本半导体有限公司

　　深圳基本半导体有限公司由深圳青铜科技股份有限公司与瑞典国家科技研究院旗下Ascatron AB合资设立，致力于碳化硅功率器件的研发与产业化，是深圳第三代半导体研究院发起单位，并与深圳清华大学研究院共建“第三代半导体材料与器件研发中心”。

　　基本半导体官方消息显示，其对碳化硅器件的材料制备、芯片设计、制造工艺、封装测试、驱动应用等各方面进行研发，覆盖产业链各个环节，并拥有独创的3D SiC?外延技术，该技术能够充分利用碳化硅的材料潜力，通过外延生长结构取代离子注入，使碳化硅器件在高温应用中拥有更高的稳定性。

　　基于3D SiC?技术，基本半导体今年已推出自主研发的650 -1700V 3D SiC?系列碳化硅肖特基二极管（SiC JBS），其生产的碳化硅外延片低掺杂层厚度可高达250μm，具有极低的缺陷密度和高均匀性，可生产3.3千伏以上的高压器件和1万伏以上的超高压器件。