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华为4月成立的哈勃科技投资有限公司,近日投资了山东天岳先进材料科技有限公司,持股10%。山东天岳是我国第三代半导体材料碳化硅龙头企业。“得碳化硅者得天下”!有业内人士称。甚至可以说,无碳化硅难5G。我国及全球5G网络正在大规模建设中。碳化硅材料实现量产后,将打破国外垄断,推动国内5G芯片技术和生产能力的提升。
当前主流的第三代半导体材料为碳化硅与氮化硅,前者多用于高压场合如智能电网、轨道交通;后者则在高频领域有更大的应用(5G等)。功率半导体市场主体被国外公司主导,在新一代半导体材料上国内公司也已取得一定成就,正在积极追赶。
在碳化硅方面,国内公司已经逐步形成完整产业链,可以生产新一代的碳化硅功率半导体;在氮化镓方面,国内目前诸多高等院校、研究机构、公司厂商,已经进行了大量研究,拥有大量的专利技术;在氧化锌方面,国内已经成功生长出近两英寸的单晶片,处于世界领先水平。
作为第三代半导体的代表材料,碳化硅市场发展迅速。据IHS数据,2017年的碳化硅市场总量为3.99亿美元,而在2023年将会达到16.44亿美元,年复合增长率达到26.6%。其中,发展最大的是新能源汽车领域,年复合增长率达到了惊人的81.4%。
在国内如扬杰科技、中车、中电13所等公司及研究机构也加大对碳化硅器件的研究,逐步打破国外公司的封锁,目前也已经形成完整的碳化硅产业链——即上游衬底、中游外延片、下游器件制造。
我国硅产业发展的优劣势:我国硅产业快速发展的核心优势是成本,主要体现在较低的资源(能源)价格、环境成本、资金成本以及较为充足的人力资源储备。
劣势则主要在于技术和服务方面,具体包括企业竞争力总体偏弱,尚无世界级品牌,国际影响力不足;尚未掌握核心技术,环境安全和健康理念落后,历史欠账过多。
从产业链角度看,若我国未来要完成从世界硅材料大国向强国转型,硅化工的产业升级之路势在必行。在我国硅产业完善的中上游配套基础上,注重研发和应用高端、高附加值的硅化工产品是摆在我们面前的核心议题。
碳化硅半导体的完整产业链包括:碳化硅-晶锭-衬底-外延-芯片-器件-模块,其下游应用包括半导体照明、电子电力器件、激光器和探测仪以及其他应用。
全球碳化硅产业美欧日三足鼎立
目前,全球碳化硅产业格局呈现美、欧、日三足鼎立格局,其中美国一家独大(全球70-80%的碳化硅半导体产量来自美国公司);欧洲在碳化硅衬底、外延、器件以及应用方面拥有完整的产业链;日本是设备和模块开发方面的绝对领先者。
阻碍国内第三代半导体研究进展的主要问题有:1.原材料瓶颈:制备SiC晶圆的设备较为空缺,大多需要进口;2.原始创新问题:相关科研院所和生产企业大都难以忍受长期“只投入、不产出”的现状;3.人才队伍建设问题。
但是,与在第一代、第二代半导体材料及集成电路产业上的多年落后、很难追赶国际先进水平的形势不同,我国在第三代半导体领域的研究工作和世界前沿的差距相对较小,也积累了一定的基础,涌现了一批例如天科合达、山东天岳、泰科天润等在内的优秀企业。
▌国内碳化硅产业龙头:泰科天润、山东天岳
泰科天润:国内碳化硅(SiC)功率器件产业化的领军企业
泰科天润作为中国首家第三代半导体材料碳化硅器件制造与应用解决方案提供商,既是碳化硅芯片制造的龙头企业,也是支撑高端制造业的新兴力量。公司近期成功完成了新一轮的融资,参与的机构有三峡建信、广发乾和和拓金资本,已经完成了对泰科天润近亿元的C轮投资。
几家产业资本大力进入碳化硅产业,将进一步推动国产碳化硅功率器件在工业各领域,尤其是新能源光伏逆变、电动汽车和变频空调等领域,实现更为广泛的产业化应用。
当前国际碳化硅领域正在步入快速发展的阶段,国际碳化硅生产企业与上游材料厂商纷纷锁定长期供货合同,同时从下游来看,碳化硅功率器件在特斯拉等商业应用持续深化,这一方面刺激着国内对于新材料半导体领域的投资热度,另一方面又警醒中国碳化硅功率器件亟需加大力度、追赶国际同行。
山东天岳:全球第4家碳化硅衬底材料量产企业
山东天岳是全球第4家碳化硅衬底材料量产的企业,是中国宽禁带半导体材料领域当之无愧的独角兽。主要产品技术难度极高,全球仅4家量产。
这家新材料企业自2010年建立,仅用8年的时间就成长为国际先进的碳化硅半导体材料高技术企业,其主要产品碳化硅衬底作为新一代半导体材料的代表,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。
碳化硅半导体是5G通讯和物联网的基础材料。基于此,2016年山东天岳“宽禁带功率半导体产业链项目”被国家发展改革委纳入《国家集成电路“十三五”重大生产力布局》项目,这也是山东省唯一的纳入该重大布局的项目。近期企业高品质大尺寸宽禁带半导体碳化硅单晶衬底研发及产业化等三个项目列入山东省新旧动能转换重点工程项目,将成为新旧动能转换的有力助推器。