泰科天潤半導體科技受益股票

❶ 第三代半導體SIC行業投資機會分析：10年20倍成長

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1.1 第三代半導體 SIC 材料的性能優勢

SIC 材料具有明顯的性能優勢。 SiC 和 GaN 是第三代半導體材料，與第一 二代半導體材料相比，具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導率等 性能優勢，所以又叫寬禁帶半導體材料，特別適用於 5G 射頻器件和高電壓功率 器件。

1.2 SIC 器件的性能優勢

SIC 的功率器件如 SIC MOS，相比於 Si 基的 IGBT，其導通電阻可以做的更 低，體現在產品上面，就是尺寸降低，從而縮小體積，並且開關速度快，功耗相 比於傳統功率器件要大大降低。

在電動車領域，電池重量大且價值量高，如果在 SIC 器件的使用中可以降低 功耗，減小體積，那麼在電池的安排上就更游刃有餘；同時在高壓直流充電樁中 應用 SIC 會使得充電時間大大縮短，帶來的巨大 社會 效益。

根據 Cree 提供的測算: 將純電動車 BEV 逆變器中的功率組件改成 SIC 時, 大 概可以減少整車功耗 5%-10%；這樣可以提升續航能力，或者減少動力電池成本。

1.3.制約產業發展的主要瓶頸在於成本和可靠性驗證

行業發展的瓶頸目前在於 SIC 襯底成本高： 目前 SIC 的成本是 Si 的 4-5 倍， 預計未來 3-5 年價格會逐漸降為 Si 的 2 倍左右，SIC 行業的增速取決於 SIC 產業 鏈成熟的速度，目前成本較高，且 SIC 器件產品參數和質量還未經足夠驗證；

SIC MOS 的產品穩定性需要時間驗證： 根據英飛凌 2020 年功率半導體應用 大會上專家披露，目前 SiC MOSFET 真正落地的時間還非常短，在車載領域才剛 開始商用（Model 3 中率先使用了 SIC MOS 的功率模塊），一些諸如短路耐受時 間等技術指標沒有提供足夠多的驗證，SIC MOS 在車載和工控等領域驗證自己的 穩定性和壽命等指標需要較長時間。

1.4 SIC 產業鏈三大環節

SIC 產業鏈分為三大環節：上游的 SIC 晶片和外延→中間的功率器件的製造 （包含經典的 IC 設計→製造→封裝三個小環節）→下游工控、新能源車、光伏風 電等應用。目前上游的晶片基本被美國 CREE 和 II-VI 等美國廠商壟斷；國內方 面，SiC 晶片商山東天岳和天科合達已經能供應 2 英寸~6 英寸的單晶襯底，且營 收都達到了一定的規模（今年均會超過 2 億元 RMB）；SiC 外延片：廈門瀚天天 成與東莞天域可生產 2 英寸~6 英寸 SiC 外延片。

2.1 應用：新能源車充電樁和光伏等將率先採用

SiC 具有前述所說的各種優勢，是高壓/高功率/高頻的功率器件相對理想的 材料, 所以 SiC 功率器件在新能源車、充電樁、新能源發電的光伏風電等這些對 效率、節能和損耗等指標比較看重的領域，具有明顯的發展前景。

高頻低壓用 Si-IGBT,高頻高壓用 SiC MOS,電壓功率不大但是高頻則用 GaN。 當低頻、高壓的情況下用 Si 的 IGBT 是最好，如果稍稍高頻但是電壓不 是很高，功率不是很高的情況下，用 Si 的 MOSFET 是最好。如果既是高頻又是 高壓的情況下，用 SiC 的 MOSFET 最好。電壓不需要很大，功率不需要很大， 但是頻率需要很高，這種情況下用 GaN 效果最佳。

以新能源車中應用 SIC MOS 為例， 根據 Cree 提供的測算: 將純電動車 BEV 逆變器中的功率組件改成 SIC 時, 大概可以減少整車功耗 5%-10%；這樣可以提升 續航能力，或者減少動力電池成本。

同時 SIC MOS 在快充充電樁等領域也將大有可為。 快速充電樁是將外部交 流電,透過 IGBT 或者 SIC MOS 轉變為直流電, 然後直接對新能源 汽車 電池進行 充電，對於損耗和其自身佔用體積問題也很敏感，因此不考慮成本，SIC MOS 比 IGBT 更有前景和需求，由於目前 SIC 的成本目前是 Si 的 4-5 倍，因此會在 高功率規格的快速充電樁首先導入。在光伏領域，高效、高功率密度、高可靠 和低成本是光伏逆變器未來的發展趨勢，因此基於性能更優異的 SIC 材料的光 伏逆變器也將是未來重要的應用趨勢。

SIC 肖特基二極體的應用比傳統的肖特基二極體同樣有優勢。 碳化硅肖特基 二極體相比於傳統的硅快恢復二極體（SiFRD），具有理想的反向恢復特性。在 器件從正向導通向反向阻斷轉換時，幾乎沒有反向恢復電流，反向恢復時間小 於 20ns，因此碳化硅肖特基二極體可以工作在更高的頻率，在相同頻率下具有 更高的效率。另一個重要的特點是碳化硅肖特基二極體具有正的溫度系數，隨 著溫度的上升電阻也逐漸上升，這使得 SIC 肖特基二極體非常適合並聯實用， 增加了系統的安全性和可靠性。

2.2 空間&增速：SIC 器 件 未來 5-10 年復合 40%增長

IHS 預計未來 5-10 年 SIC 器件復合增速 40%： 根據 IHSMarkit 數據，2018 年碳化硅功率器件市場規模約 3.9 億美元，受新能源 汽車 龐大需求的驅動，以及光伏風電和充電樁等領域對於效率和功耗要求提升， 預計到 2027 年碳化硅功率器件的市場規模將超過 100 億美元，18-27 年 9 年的復合增速接近 40%。

SIC MOS 器件的滲透率取決於其成本下降和產業鏈成熟的速度 ，根據英飛凌和國內相關公司調研和產業里的專家的判斷來看，SIC MOS 滲透 IGBT 的拐點可能在 2024 年附近。預計 2025 年全球滲透率 25%，則全球有 30 億美金 SIC MOS 器件市場，中國按照 20%滲透率 2025 年則有 12 億美金的 SIC MOS 空間。 即不考慮SIC SBD 和其他 SIC 功率器件，僅測算替代 IGBT 那部分的 SIC MOS 市場預計2025 年全球 30 億美金，相對 2019 年不到 4 億美金有超過 7 倍成長，且 2025-2030 年增速延續。

2.3 格局：SIC 器件的競爭格局

目前，碳化硅器件市場還是以國外的傳統功率龍頭公司為主 ，2017 年全球市場份額佔比前三的是科銳，羅姆和意法半導體，其中 CREE 從 SIC 上游材料切入到了 SIC 器件，相當於其擁有了從上游 SIC 片到下游 SIC 器件的產業鏈一體化能力。

國內的企業均處於初創期或者剛剛介入 SIC 領域 ，包括傳統的功率器件廠商華潤微、捷捷微電、揚傑 科技 ，從傳統的硅基 MOSFET、晶閘管、二極體等切入 SIC 領域，IGBT 廠商斯達半導、比亞迪半導體等，但國內 當前的 SIC 器件營收規模都比較小 （揚傑 科技 最新披露 SIC 營收 2020 年上半年 19.28 萬元左右）；

未上市公司和單位中做的較好的有前面產業鏈總結中提到的一些，包括：

泰科天潤： 可以量產 SiC SBD，產品涵蓋 600V/5A～50A、1200V/5A～50A 和1700V/10A 系列；並且早在 2015 年，泰科天潤就宣布推出了一款高功率碳化硅肖特基二極體產品，是從事 SIC 器件的較純正的公司；

中電科 55 所： 國內從 4-6 寸碳化硅外延生長、晶元設計與製造、模塊封裝實現全產業鏈的單位；

深圳基本半導體 ：成立於 2016 年，由清華大學、浙江大學、劍橋大學等國內外知名高校博士團隊創立，專注於 SIC 功率器件，也是深圳第三代半導體研究院發起單位之一，目前已經開始推出其 1200V 的 SiC MOSFET 產品。

3.1 天科合達

天科合達是國內第三代半導體材料 SIC 晶片的領軍企業： 公司成立於 2006 年 9 月 12 日，2017 年 4 月至 2019 年 8 月在全國股轉系統掛牌轉讓，2020 年 7 月擬在科創板市場上市。

公司成長速度極快，2017-2019 年公司收入由 0.24 億增長至 1.55 億元，兩年 復合增長率 154%。

營收構成：SIC 晶片佔比約為一半

公司營收由三部分構成：碳化硅晶片佔比 48.12%，寶石等其他碳化硅產品 佔比 36.65%，碳化硅單晶生長爐佔比 15.23%。

設備自製：從設備到 SIC 片一體化布局

公司以高純硅粉和高純碳粉作為原材料，採用物理氣相傳輸法（PVT）生長 碳化硅晶體，加工製成碳化硅晶片；其中的碳化硅晶體的生長設備-碳化硅單晶 生長爐公司也能完成自製並對外銷售。

行業格局與公司地位

公司地位：2018 年，以導電型的 SIC 來看，天科合達以 1.7%的市場佔有率 排名全球第六，排名國內導電型碳化硅晶片第一。

3.2 山東天岳

1、半絕緣 SIC 片的領軍企業： 公司成立於 2010 年，專注於碳化硅晶體襯底 材料的生產；公司產品主要在半絕緣型的 SIC 片。公司投資建成了第三代半導 體材料產業化基地，具備研發、生產國際先進水平的半導體襯底材料的軟硬體 條件，是我國第三代半導體襯底材料行業的先進企業。

2、成長能力： 據了解，公司收入從 2018 年收入 1.1 億左右增加至 2019 年超 過 2.5 億總收入（其中也有約一半是 SIC 衍生產品寶石等），同比增長 100%以 上。公司的 SIC 片主要集中在半絕緣型，而天科合達主要集中在導電型。

3、華為入股： 華為旗下的哈勃 科技 投資持股山東天岳 8.17%。

4、生產能力（ 公司採用的是長晶爐的數量進行表徵）：山東天岳的產能主 要由長晶爐的數量決定，2019 年產線上長晶爐接近 250 台，銷售襯底約 2.5 萬 片，預計年底前再購置一批長晶爐，目標增加至 550 台以上；

5、銷售價格： 2018 、2019 年公司襯底平均銷售價格大數大約在 6300 元/ 片、8900 元/片，預計今年的平均價格將會突破 9000 元，價格變動的主要原因 是 2,3 寸小尺寸襯底、N 型等相對低價的襯底銷售佔比逐步降低，高值的 4 寸 高純半絕緣產品佔比逐步提升導致單位售價提高。

6、技術實力： 山東天岳的碳化硅技術起源於山東大學晶體國家重點實驗 室，公司於 2011 年購買了該實驗室蔣明華院士專利，並投入了大量研發，歷經 多年工藝積累，將碳化硅襯底從實驗室的技術發展成為了產業化技術；山東天 岳除 30 人的研發團隊外，還在海外設有 6 個聯合研發中心；公司擁有專利近300 項，其中先進發明專利約 50 多項，先進實用性專利約 220 項，申請中的 發明專利約 50 多項。

3.3 斯達 半導

1、斯達 半導 97.5%的收入均是 IGBT， 是功率半導體已上市公司中最純正的 IGBT 標的，2019 收入 7.8 億（yoy+15.4%），歸母凈利潤 1.35（yoy+39.8%）， IGBT 模塊全球市佔率 2%，排名全球第八；

2、斯達半導在積極進行第三代半導體 SIC 的布局。 公司 SiC 相關的產品 和技術儲備在緊鑼密鼓的進行：

3、公司在未來重點攻關技術研發與開發計劃：

主要提到三項重要產品開發：1、全系列 FS-Trench 型 IGBT 晶元的研 發；2、新一代 IGBT 晶元的研發；3、SiC、GaN 等前沿功率半導體產品的研 發、設計及規模化生產：公司將堅持 科技 創新，不斷完善功率半導體產業布 局，在大力推廣常規 IGBT 模塊的同時，依靠自身的專業技術，積極布局寬禁 帶半導體模塊（SiC 模塊、 GaN 模塊），不斷豐富自身產品種類，加強自身競 爭力，進一步鞏固自身行業地位。

4、公司和宇通客車等客戶合作研發 SIC 車用模塊

2020 年 6 月 5 日，客車行業規模領先的宇通客車宣布，其新能源技術團隊 正在採用斯達半導體和 CREE 合作開發的 1200V SiC 功率模塊，開發業界領先 的高效率電機控制系統，各方共同推進 SiC 逆變器在新能源大巴領域的商業化應 用。

宇通方面表示，「斯達和 CREE 在 SiC 方面的努力和創新，與宇通電機控 制器高端化的產品發展路線不謀而合，同時也踐行了宇通「為美好出行」的發 展理念，相信三方在 SiC 方面的合作一定會碩果累累。」

我們在之前發布的斯達半導深度報告中測算斯達在不同 SIC 滲透率和不同 SIC 市佔率情境下 2025 年收入彈性，中性預計 2025 年斯達在國內的 SIC 器件市 佔率為 6-8%。 預計 2023-2024 年國內 SIC 產業鏈如山東天岳、三安光電等更加成 熟後，SIC 將迎來替代 IGBT 拐點，但是 IGBT 和 SIC MOS 等也將長期共存，相 信國內的技術領先優質的 IGBT 龍頭斯達半導能夠不斷儲備相關技術和產品， 積 極擁抱迎接這一行業創新。

3.4 三安光電

1、公司主要從事化合物半導體材料的研發與應用， 以砷化鎵、氮化鎵、碳 化硅、磷化銦、氮化鋁、藍寶石等半導體新材料所涉及的外延片、晶元為核心 主業，產品主要應用於照明、顯示、背光、農業、醫療、微波射頻、激光通 訊、功率器件、光通訊、感應感測等領域；

2、公司主業 LED 晶元，占公司營收的 80%以上，LED 是基於化合物半導 體的光電器件，在襯底、外延和器件環節具有技術互通性；

3、公司專注於化合物半導體的子公司三安集成，2019 年業務與同期相比呈 現積極變化：

1）射頻業務產品應用於 2G-5G 手機射頻功放 WiFi、物聯網、路由器、通 信基站射頻信號功放、衛星通訊等市場應用，砷化鎵射頻出貨客戶累計超過 90 家，客戶地區涵蓋國內外；氮化鎵射頻產品重要客戶已實現批量。生產，產能 正逐步爬坡；

2）2020 年 6 月 18 日公司公告，三安光電決定在長沙高新技術產業開發區 管理委員會園區成立子公司投資建設包括但不限於碳化硅等化合物第三代半導 體的研發及產業化項目，包括長晶—襯底製作—外延生長—晶元制備—封裝產 業鏈，投資總額 160 億元，公司在用地各項手續和相關條件齊備後 24 個月內完成一期項目建設並實現投產，48 個月內完成二期項目建設和固定資產投資並實現投產，72 個月內實現達產；

3） 三安集成推出的高功率密度碳化硅功率二極體及 MOSFET 及硅基氮化 鎵 功率器件主要應用於新能源 汽車 、充電樁、光伏逆變器等電源市場，客戶累計超過 60 家， 27 種產品已進入批量量產階段。

4） 三安集成 19 年實現銷售收入 2.41 億元，同比增長 40.67%； 三安集成產品的認可度和行業趨勢已現，可以預見未來在第三代材料 SiC/GaN 的功率半導體中發展空間非常廣闊。

3.5 華潤微

1、公司是中國領先的擁有晶元設計、晶圓製造、封裝測試等全產業鏈一體化經營能力的半導體企業 ，產品聚焦於功率半導體、智能感測器與智能控制領域；

2、產品與製造並行： 公司 2019 年收入 57 億元，其中產品與方案佔比43.8%，製造與服務佔比 55%，製造與服務業務主要是晶圓製造和封測業務；產品與方案主體主要是功率半導體，佔比 90%，包括 MOSFET、IGBT、SBD 和FRD 等產品；

3、公司目前擁有 6 英寸晶圓製造產能約為 247 萬片/年，8 英寸晶圓製造產能約為 133 萬片/年，具備為客戶提供全方位的規模化製造服務能力；

4、SIC 領域積極布局：在 2020 年 7 月 4 日，公司進行了 SIC 產品的發布會，發布了全系列的 1200V/650V 的 SIC 二極體產品，公司有望通過 IDM 模式在 SIC 材料的各個功率半導體產品領域深耕並持續受益於產品升級和國產替代。

3.6 捷捷微電

1、公司是國內晶閘管龍頭，持續布局 MOSFET 和 IGBT 等高端功率半導體器件。 按照公司年報口徑，2019 年功率分立器件收入佔比 75%，功率半導體晶元收入佔比 23%； 公司的功率分立器件，50%左右業務是晶閘管 （用於電能變換與控制），還有部分二極體業務，其餘是防護器件系列（主要作用是防浪涌沖擊、防靜電的電子產品內部，保護內部昂貴的電子電路）；

2、公司於 2020 年 2 月 27 日與中芯集成電路製造(紹興)有限公司（簡稱「SMEC」）簽訂了《功率器件戰略合作協議》，在 MOSFET、IGBT 等相關高端功率器件的研發和生產領域展開深度合作；公告披露，捷捷微電方保證把SMEC 作為戰略合作夥伴，最大化的填充 SMEC 產能，2020 年度總投片不低於80000 片，月度投片不低於 7000 片/月。

3、公司長期深耕晶閘管和二極體等分立器件，這些客戶和 MOSFET 和IGBT 等相關高端功率器件有重疊， 公司從晶閘管領域切入到 MOS 後，在這兩個產品大類上也將積極應用第三代半導體 SIC，為後續提升自身器件性能和產品競爭力做好准備。

3.7 揚傑 科技

1、公司是產品線較廣的功率分立器件公司 。公司產品主要包括功率二極體、整流橋、大功率模塊、小信號二三極體，MOSFET，也有極少部分的 IGBT 產品。按照公司年報口徑，2019 年功率分立器件收入佔比 80%，功率半導體晶元收入佔比 13.8%，半導體矽片業務佔比 4.55%。

2、公司第三代半導體 SIC 器件 目前收入較少。公司積極布局高端功率半導體，籌備建立無錫研發中心，和中芯國際（紹興）簽訂保障供貨協議 ，持續擴充 8 寸 MOS 產品專項設計研發團隊，已形成批量銷售的 Trench MOSFET 和SGT MOS 系列產品。

3、SIC 產品目前佔比小： 公司 2020 年 9 月公告，目前主營產品仍以硅基功率半導體產品為主， 第三代半導體產品的銷售收入佔比較小， 2020 年 1-6 月，公司碳化硅產品的銷售收入為 19.28 萬元。

4、我們認為同捷捷微電一樣，公司是中低端功率器件利基市場龍頭，雖然目前 SIC 產品的佔比較小，主要是由於國內產業鏈成熟度的拐點剛剛到來；未來公司將積極布局各種基於 SIC 材料的功率器件，從而提高其產品性能並實現市場佔有率持續穩步提升，打開業務天花板和想像空間。

3.8 露笑 科技

1、傳統主業是 電磁線產品： 公司是專業的節能電機、電磁線、渦輪增壓器、藍寶長晶片研發、生產、銷售於一體的企業，公司主要產品有各類銅、鋁芯電磁線、超微細電磁線、小家電節能電機、無刷電機、數控電機、渦輪增壓器和藍寶石長晶設備等產品。 公司是國內主要電磁線產品供應商之一，也是國內最大的鋁芯電磁線和超微細電磁線產品生產基地之一。

2、SIC 長晶設備已經開始對外供貨： 露笑 科技 基於藍寶石技術儲備，經過多年研發已快速突破碳化硅工藝壁壘，在藍寶石基礎上布局碳化硅長晶爐和晶片生產。碳化硅跟藍寶石從設備、工藝到襯底加工有較強的共同性和技術基礎，例如精確的溫場控制、精確的壓力控制、精確的籽晶晶向生長以及基片加工等壁壘。 公司在多年藍寶石生產技術支持下成功研發出碳化硅自主可控長晶設備，並在 2019 年開始對外供貨 SIC 長晶設備。

4、公司布局 SIC 的人才優勢： 公司引進具有二十多年碳化硅行業從業經驗的技術團隊，開展碳化硅襯底及外延技術研究，加碼布局碳化硅產業。2020 年 4月，公司發布非公開募集資金公告，擬募集資金總額不超過 10 億元，用於新建碳化硅襯底片產業化項目、碳化硅研發中心項目和償還銀行貸款。 隨著公司碳化硅產品研發並量產，公司有望取得一定的市場份額。

5、與合肥合作打造第三代半導體 SIC 產業園： 2020 年 8 月 8 日與合肥市長豐縣人民政府在合肥市政府簽署《合肥市長豐縣與露笑 科技 股份有限公司共同投資建設第三代功率半導體（碳化硅）產業園的戰略合作框架協議》。包括但不限於碳化硅等第三代半導體的研發及產業化項目，包括碳化硅晶體生長、襯底製作、外延生長等的研發生產，項目投資總規模預計 100 億元。

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（報告觀點屬於原作者，僅供參考。作者：華安證券，尹沿技）

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❷ 揭秘第三代半導體，三大領域加速爆發！百億市場火爆

隨著綠色低碳戰略的不斷推進,提升能源利用效率和能源轉換效率已經成為各行各業的共識,如何利用現代化新技術建成可循環的高效、高可靠性的能源網路,無疑是當前各國重點關注的問題。

值此背景下,以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導體成為市場聚焦的新賽道。根據Yole預測數據, 2025年全球以半絕緣型襯底制備的GaN器件市場規模將達到20億美元,2019-2025年復合年均增長率高達12%! 其中,軍工和通信基站設備是GaN器件主要的應用市場,2025年市場規模分別為11.1億美元和7.31億美元;

全球以導電型碳化硅襯底制備的SiC器件市場規模到2025年將達到25.62億美元,2019- 2025年復合年均增長率高達30%! 其中,新能源汽車和光伏及儲能是SiC器件主要的應用市場, 2025年市場規模分別為15.53億美元和3.14億美元。

本文中,我們將針對第三代半導體產業多個方面的話題,與國內外該領域知名半導體廠商進行探討解析。

20世紀50年代以來,以硅(Si)、鍺(Ge)為代的第一代半導體材料的出現,取代了笨重的電子管,讓以集成電路為核心的微電子工業的發展和整個IT產業的飛躍。人們最常用的CPU、GPU等產品,都離不開第一代半導體材料的功勞。可以說是由第一代半導體材料奠定了微電子產業的基礎。

然而由於硅材料的帶隙較窄、電子遷移率和擊穿電場較低等原因,硅材料在光電子領域和高頻高功率器件方面的應用受到諸多限制。因此,以砷化鎵(GaAs)為代表的第二代半導體材料開始嶄露頭角,使半導體材料的應用進入光電子領域,尤其是在紅外激光器和高亮度的紅光二極體方面。與此同時,4G通信設備因為市場需求增量暴漲,也意味著第二代半導體材料為信息產業打下了堅實基礎。

在第二代半導體材料的基礎上,人們希望半導體元器件具備耐高壓、耐高溫、大功率、抗輻射、導電性能更強、工作速度更快、工作損耗更低特性,第三代半導體材料也正是基於這些特性而誕生。

筆者注意到,對於第三代半導體產業各家半導體大廠的看法也重點集中在 「高效」、「降耗」、「突破極限」 等核心關鍵詞上。

安森美中國汽車OEM技術負責人吳桐博士 告訴筆者: 「第三代半導體優異的材料特性可以突破硅基器件的應用極限,同時帶來更好的性能,這也是未來功率半導體最主流的方向。」 他表示隨著第三代半導體技術的普及,傳統成熟的行業設計都會有突破點和優化的空間。

英飛凌科技電源與感測系統事業部大中華區應用市場總監程文濤 則從能源角度談到,到2025年,全球可再生能源發電量有望超過燃煤發電量,將推動第三代半導體器件的用量迅速增長。 在用電端,由於數據中心、5G通信等場景用電量巨大,節電降耗的重要性凸顯,也將成為率先採用第三代半導體器件做大功率轉換的應用領域。

第三代半導體材料區別於前兩代半導體材料最大的區別就在於帶隙的不同。 第一代半導體材料屬於間接帶隙,窄帶隙;第二代半導體材料屬於直接帶隙,同樣也是窄帶隙;二第三代半導體材料則是全組分直接帶隙,寬禁帶。

和前兩代半導體材料相比,更寬的禁帶寬度允許材料在更高的溫度、更強的電壓與更快的開關頻率下運行。

隨著碳化硅、氮化鎵等具有寬禁帶特性(Eg>2.3eV)的新興半導體材料相繼出現,世界各國陸續布局、產業化進程快速崛起。具體來看:

與硅相比, 碳化硅擁有更為優越的電氣特性 : 

1.耐高壓 :擊穿電場強度大,是硅的10倍,用碳化硅制備器件可以極大地 提高耐壓容量、工作頻率和電流密度,並大大降低器件的導通損耗;

2.耐高溫 :半導體器件在較高的溫度下,會產生載流子的本徵激發現象,造成器件失效。禁帶寬度越大,器件的極限工作溫度越高。碳化硅的禁帶接近硅的3倍,可以保證碳化硅器件在高溫條件下工作的可靠性。硅器件的極限工作溫度一般不能超過300℃,而碳化硅器件的極限工作溫度可以達到600℃以上。同時,碳化硅的熱導率比硅更高,高熱導率有助於碳化硅器件的散熱,在同樣的輸出功率下保持更低的溫度,碳化硅器件也因此對散熱的設計要求更低,有助於實現設備的小型化;

3.高頻性能 :碳化硅的飽和電子漂移速率是硅的2倍,這決定了碳化硅器件可以實現更高的工作頻率和更高的功率密度。基於這些優良的特性,碳化硅襯底的使用極限性能優於硅襯底,可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應用需求,已應用於射頻器件及功率器件。

氮化鎵則具有寬禁帶、高電子漂移速度、高熱導率、耐高電壓、耐高溫、抗腐蝕、耐輻照等突出優點。 尤其是在光電子器件領域,氮化鎵器件作為LED照明光源已廣泛應用,還可制備成氮化鎵基激光器;在微波射頻器件方面,氮化鎵器件可用於有源相控陣雷達、無線電通信、基站、衛星等軍事 或者民用領域;氮化鎵也可用於功率器件,其比傳統器件具有更低的電源損耗。

半導體行業有個說法: 「一代材料,一代技術,一代產業」 ,在第三代半導體產業規模化出現之前,也還存在著不少亟待解決的技術難題。

第三代半導體全產業鏈十分復雜,包括襯底→外延→設計→製造→封裝。 其中,襯底是所有半導體晶元的底層材料,起到物理支撐、導熱、導電等作用;外延是在襯底材料上生長出新的半導體晶層,這些外延層是製造半導體晶元的重要原料,影響器件的基本性能;設計包括器件設計和集成電路設計,其中器件設計包括半導體器件的結構、材料,與外延相關性很大;製造需要通過光刻、薄膜沉積、刻蝕等復雜工藝流程在外延片上製作出設計好的器件結構和電路;封裝是指將製造好的晶圓切割成裸晶元。

前兩個環節襯底和外延生長正是第三代半導體生產工藝及其難點所在。我們重點挑選碳化硅、氮化鎵兩種典型的第三代半導體材料來看,它們的生產制備到底還面臨哪些問題。

從碳化硅來看,還需要「降低襯底生長缺陷,以及提高工藝效率」 。首先碳化硅單晶制備目前最常用的是物理氣相輸運法(PVT)或籽晶的升華法,而碳化硅單晶在形成最終的短圓柱狀之前,還需要通過機械加工整形、切片、研磨、拋光等化學機械拋光和清洗等工藝才能成為襯底材料。

這一機械、化學製造過程存在著加工困難、製造效率低、製造成本高等問題。此外,如果再加上考慮單晶加工的效率和成本問題,那還能夠保障晶片具備良好的幾何形貌,如總厚度變化、翹曲度、變形,而且晶片表面質量(粗糙度、劃傷等)是否過關等,這都是碳化硅襯底制備中的巨大挑戰。

此外,碳化硅材料是目前僅次於金剛石硬度的材料,材料的機械加工主要以金剛石磨料為基礎切割線、切割刀具、磨削砂輪等工具。這些工具的制備難度大,使用壽命短,加工成本高,為了延長工具壽命、提高加工質量,往往會採用微量或極低速進給量,這就犧牲了碳化硅材料制備的整體生產效率。

對於氮化鎵來說,則更看重「襯底與外延材料需匹配」的難題 。由於氮化鎵在高溫生長時「氮」的離解壓很高,很難得到大尺寸的氮化鎵單晶材料,當前大多數商業器件是基於異質外延的,比如藍寶石、AlN、SiC和Si材料襯底來替代氮化鎵器件的襯底。

但問題是這些異質襯底材料和氮化鎵之間的晶格失配和熱失配非常大,晶格常數差異會導致氮化鎵襯底和外延層界面處的高密度位錯缺陷,嚴重的話還會導致位錯穿透影響外延層的晶體質量。這也就是為什麼氮化鎵更看重襯底與外延材料需匹配的難點。

在落地到利用第三代半導體材料去解決具體問題時,程文濤告訴OFweek維科網·電子工程, 英飛凌的碳化硅器件所採用的溝槽式結構解決了大多數功率開關器件的可靠性問題。

比如現在大多數功率開關器件產品採用的是平面結構,難以在開關的效率上和長期可靠性上得到平衡。採用平面結構,如果要讓器件的效率提高,給它加點電,就能導通得非常徹底,那麼它的門級就需要做得非常薄,這個很薄的門級結構,在長期運行的時候,或者在大批量運用的時候,就容易產生可靠性的問題。

如果要把它的門級做的相對比較厚,就沒辦法充分利用溝道的導通性能。而採用溝槽式的做法就能夠很好地解決這兩個問題。

吳桐博士則從產業化的角度提出, 第三代半導體技術的難點在於有關設計技術和量產能力的協調,以及對長期可靠性的保障。尤其是量產的良率,更需要持續性的優化,降低成本,提升可靠性。

觀察當前半導體市場可以發現,占據市場九成以上的份額的主流產品依然是硅基晶元。

但近些年來,「摩爾定律面臨失效危機」的聲音不絕於耳,隨著晶元設計越來越先進,晶元製造工藝不斷接近物理極限和工程極限,晶元性能提升也逐步放緩,且成本不斷上升。

業界也因此不斷發出質疑,未來晶元的發展極限到底在哪,一旦硅基晶元達到極限點,又該從哪個方向下手尋求晶元效能的提升呢?筆者通過采訪發現,國內外廠商在面對這一問題時,雖然都表達出第三代半導體產業未來值得期待,但也齊齊提到在這背後還需要重點解決的成本問題。

「目前硅基半導體從架構上、從可靠性、從性能的提升等方面,基本上已經接近了物理極限。第三代半導體將接棒硅基半導體,持續降低導通損耗,在能源轉換的領域作出貢獻,」 程文濤也為筆者描述了當前市場上的一種現象:可能會存在一些定價接近硅基半導體的第三代半導體器件,但並不代表它的成本就接近硅基半導體。因為那是一種商業行為,就是通過低定價來催生這個市場。

以目前的工藝來講,第三代半導體的成本還是遠高於硅基半導體 ,程文濤表示:「至少在可見的將來,第三代半導體不會完全取代第一代半導體。因為從性價比的角度來說,在非常寬的應用范圍中,硅基半導體目前依然是不二之選。第三代半導體目前在商業化上的瓶頸就是成本很高,雖然在迅速下降,但依然遠高於硅基半導體。」

作為中國碳化硅功率器件產業化的倡導者之一,泰科天潤同樣也表示對第三代半導體產業發展的看好。

雖然碳化硅單價目前比硅高不少,但從系統整體的角度來看,可以節約電感電容以及散熱片。如果是大功率電源系統整體角度看成本未必更高,同時還能更好地提升效率。 這也是為什麼現階段雖然單器件碳化硅比硅貴,依然不少領域客戶已經批量使用了。

從器件的角度來看,碳化硅從四寸過度到六寸,未來往八寸甚至十二寸發展,碳化硅器件的成本也將大幅度下降。據泰科天潤介紹,公司新的碳化硅六寸線於去年就已經實現批量出貨,為客戶提供更高性價比的產品,有些產品實現20-30%的降價幅度。除此之外,泰科天潤耗時1年多成功開發了碳化硅減薄工藝,在Vf水平不變的情況下,可以縮小晶元面積,進一步為客戶提供性價比更高的產品。

泰科天潤還告訴筆者:「這兩年隨著國外友商的缺貨或漲價,比如一些高壓硅器件,這些領域已經出現碳化硅取代硅的現象。隨著碳化硅晶圓6寸產線生產技術的成熟,8寸晶圓的發展,碳化硅器件有望與硅基器件達到相同的價格水平。」

吳桐博士認為, 目前來看在不同的細分市場,第三代半導體跟硅基器件是一個很好的互補,也是價錢vs性能的一個平衡。隨著第三代半導體的成熟以及成本的降低,最終會慢慢取代硅基產品成為主流方案。

那麼對於企業而言,該如何發揮第三代半導體的綜合優勢呢?吳桐博士表示,於安森美而言,首先是要垂直整合,保證穩定的供應鏈,可長期規劃的產能布局以及達到客觀的投資回報率;其次是在技術研發上繼續發力,比如Rsp等參數,相比行業水準,實現用更小的半導體面積實現相同功能,這樣單個器件成本得以優化;第三是持續地提升FE/BE良率,等效的降低成本;第四是與行業大客戶共同開發定義新產品,保證競爭力以及穩定的供需關系;最後也是重要的一點,要幫助行業共同成長,蛋糕做大,產能做強,才能使得單價有進一步下降的空間。

第三代半導體產業究竟掀起了多大的風口?根據《2020「新基建」風口下第三代半導體應用發展與投資價值白皮書》內容:2019年我國第三代半導體市場規模為94.15億元,預計2019-2022年將保持85%以上平均增長速度,到2022年市場規模將達到623.42億元。

其中,第三代半導體襯底市場規模從7.86億元增長至15.21億元,年復合增速為24.61%,半導體器件市場規模從86.29億元增長至608.21億元,年復合增速為91.73%。

得益於第三代半導體材料的優良特性,它在 光電子、電力電子、通訊射頻 等領域尤為適用。具體來看:

光電子器件 包括發光二極體、激光器、探測器、光子集成電路等,多用於5G通信領域,場景包括半導體照明、智能照明、光纖通信、光無線通信、激光顯示、高密度存儲、光復印列印、紫外預警等;

電力電子器件 包括碳化硅器件、氮化鎵器件,多用於新能源領域,場景包括消費電子、新能源汽車、工業、UPS、光伏逆變器等;

微波射頻器件 包括HEMT(高電子遷移率晶體管)、MMIC(單片微波集成電路)等,同樣也是用在5G通信領域,不過場景則更加高端,包括通訊基站及終端、衛星通訊、軍用雷達等。

現階段,歐美日韓等國第三代半導體企業已形成規模化優勢,占據全球市場絕大多數市場份額。我國高度重視第三代半導體發展,在研發、產業化方面出台了一系列支持政策。國家科技部、工信部等先後開展了「戰略性第三代半導體材料項目部署」等十餘個專項,大力支持第三代半導體技術和產業發展。

早在2014年,工信部發布的《國家集成電路產業發展推進綱要》提出設立國家產業投資基金,重點支持集成電路等產業發展,促進工業轉型升級,同時鼓勵社會各類風險投資和股權投資基金進入集成電路領域;在去年全國人大發布《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中,進一步強調培育先進製造業集群,推動集成電路、航空航天等產業創新發展。瞄準人工智慧、量子信息、集成電路等前沿領域,實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目。

具體來看當前主要應用領域的發展情況:

1.新能源汽車

新能源汽車行業是未來市場空間巨大的新興市場,全球范圍內新能源車的普及趨勢明朗。隨著電動汽車的發展,對功率半導體器件需求量日益增加,成為功率半導體器件新的經濟增長點。得益於碳化硅功率器件的高可靠性及高效率特性,在車載級的電機驅動器、OBC及DC/DC部分,碳化硅器件的使用已經比較普遍。對於非車載充電樁產品, 由於成本的原因,目前使用比例還相對較低,但部分廠商已開始利用碳化硅器件的優勢,通過降低冷卻等系統的整體成本找到了市場。

2.光伏

光伏逆變器曾普遍採用硅器件,經過40多年的發展,轉換效率和功率密度等已接近理論極限。碳化硅器件具有低損耗、高開關頻率、高適用性、降低系統散熱要求等優點,將在光伏新能源領域得到廣泛應用。例如,在住宅和商業設施光伏系統中的組串逆變器里,碳化硅器件在系統級層面帶來成本和效能的好處。

3.軌道交通

未來軌道交通對電力電子裝置,比如牽引變流器、電力電子電壓器等提出了更高的要求。採用碳化硅功率器件可以大幅度提高這些裝置的功率密度和工作效率,有助於明顯減輕軌道交通的載重系統。目前,受限於碳化硅功率器件的電流容量,碳化硅混合模塊將首先開始替代部分硅IGBT模塊。未來隨著碳化硅器件容量的提升,全碳化硅模塊將在軌道交通領域發揮更大的作用。

4.智能電網

目前碳化硅器件已經在中低壓配電網開始了應用。未來更高電壓、更大容量、更低損耗的柔性輸變電將對萬伏級以上的碳化硅功率器件具有重大需求。碳化硅功率器件在智能電網的主要應用包括高壓直流輸電換流閥、柔性直流輸電換流閥、靈活交流輸電裝置、高壓直流斷路器、電力電子變壓器等裝置中。

第三代半導體自從在2021年被列入十四五規劃後,相關概念持續升溫,迅速成為超級風口,投資熱度高居不下。

時常會聽到業內說法稱,第三代半導體國內外都是同一起跑線出發,目前大家差距相對不大,整個產業發展仍處於爆發前的「搶跑」階段,對國內而言第三代半導體材料更是有望成為半導體產業的「突圍先鋒」,但事實真的是這樣嗎?

從起步時間來看,歐日美廠商率先積累專利布局,比如 英飛凌一直走在碳化硅技術的最前沿,從30年前(1992年)開始包含碳化硅二極體在內的功率半導體的研發,在2001年發布了世界上第一款商業化碳化硅功率二極體 ,此後至今英飛凌不斷推出了各種性能優異的碳化硅功率器件。除了產品本身,英飛凌在2018年收購了Siltectra,致力於通過冷切割技術優化工藝流程,大幅提高對碳化硅原材料的利用率,有效降低碳化硅的成本。

安森美也是第三代半導體產業布局中的佼佼者,據筆者了解, 安森美通過收購上游碳化硅供應企業GTAT實現了產業鏈的垂直整合,確保產能和質量的穩定。同時藉助安森美多年的技術積累以及幾年前收購Fairchild半導體基因帶來的技術補充,安森美的碳化硅技術已經進入第三代,綜合性能在業界處於領先地位 。目前已成為世界上少數提供從襯底到模塊的端到端碳化硅方案供應商,包括碳化硅球生長、襯底、外延、器件製造、同類最佳的集成模塊和分立封裝方案。

具體到技術上, 北京大學教授、寬禁帶半導體研究中心主任沈波 也曾提出,國內第三代半導體和國際上差距比較大,其中很重要的領域之一是碳化硅功率電子晶元。這一塊國際上已經完成了多次迭代,雖然8英寸技術還沒投入量產,但是6英寸已經是主流技術,二極體已經發展到了第五代,三極體也發展到了第三代,IGBT也已進入產業導入前期。

另外車規級的碳化硅MOSFET模塊在意法半導體率先通過以後,包括羅姆、英飛凌、科銳等國際巨頭也已通過認證,國際上車規級的碳化硅晶元正逐漸走向規模化生產和應用。反觀國內,目前真正量產的主要還是碳化硅二極體,工業級MOSFET模塊估計到明年才能實現規模量產,車規級碳化硅模塊要等待更長時間才能量產。

泰科天潤也直言,國內該領域仍處於後發追趕階段:器件方面,從二極體的角度, 國產碳化硅二極體基本上水平和國外差距不大,但是碳化硅MOSFET國內外差距還是有至少1-2代的差距 ;可靠性方面,國外碳化硅產品市場應用推廣較早,積累了更加豐富的應用經驗,對產品可靠性的認知,定義以及關聯解決可靠性的方式都走得更前一些,國內廠家也在推廣市場的過程中逐步積累相關經驗;產業鏈方面,國外廠家針對碳化硅的材料優勢,相關匹配的產業鏈都做了對應的優化設計,使之能更加契合的體現碳化硅的材料優勢。

OFweek維科網·電子工獲悉,泰科天潤在湖南新建的碳化硅6寸晶圓產線,第一期60000片/六寸片/年。此產線已經於去年實現批量出貨,2022年始至4月底已經接到上億元銷售訂單。 作為國內最早從事碳化硅晶元生產研發的公司,泰科天潤積累了10餘年的生產經驗,針對特定領域可以結合自身的研發,生產和工藝一體化,快速為客戶開發痛點新品 ,例如公司全球首創的史上最小650V1A SOD123,專門針對解決自舉驅動電路已經替換高壓小電流Si FRD解決反向恢復的痛點問題而設計。

雖然說IDM方面,我國在碳化硅器件設計方面有所欠缺,少有廠商涉及於此,但後發追趕者也不在少數。

就拿碳化硅產業來看,單晶襯底方面國內已經開發出了6英寸導電性碳化硅襯底和高純半絕緣碳化硅襯底。 山東天岳、天科合達、河北同光、中科節能 均已完成6英寸襯底的研發,中電科裝備研製出6英寸半絕緣襯底。

此外,在模塊、器件製造環節我國也涌現了大批優秀的企業,包括 三安集成、海威華芯、泰科天潤、中車時代、世紀金光、芯光潤澤、深圳基本、國揚電子、士蘭微、揚傑科技、瞻芯電子、天津中環、江蘇華功、大連芯冠、聚力成半導體 等等。

OFweek維科網·電子工程認為,隨著我國對新型基礎建設的布局展開和「雙碳」目標的提出,碳化硅和氮化稼等第三代半導體的作用也愈發凸顯。

上有國家支持政策,下有新能源汽車、5G通信等旺盛市場需求, 我國第三代半導體產業也開始由「導入期」向「成長期」過渡,初步形成從材料、器件到應用的全產業鏈。但美中不足在於整體技術水平還落後世界頂尖水平好幾年,因此在材料、晶圓、封裝及應用等環節的核心關鍵技術和可靠性、一致性等工程化應用問題上還需進一步完善優化。

當前,全球正處於新一輪科技和產業革命的關鍵期,第三代半導體產業作為新一代電子信息技術中的重點組成部分,為能源革命帶來了深刻的改變。

在此背景下,OFweek維科網·電子工程作為深耕電子產業領域的資深媒體,對全球電子產業高度關注,緊跟產業發展步伐。為了更好地促進電子工程師之間技術交流,推動國內電子行業技術升級,我們繼續聯袂數十家電子行業企業技術專家,推出面向電子工程師技術人員的專場在線會議  「OFweek 2022 (第二期)工程師系列在線大會」  。

本期在線會議將於6月22日在OFweek官方直播平台舉辦,將邀請國內外知名電子企業技術專家,聚焦半導體領域展開技術交流,為各位觀眾帶來技術講解、案例分享和方案展示。

❸ 想知道: 北京市 泰科天潤 在哪 廠址在哪

公司名稱：泰科天潤半導體科技(北京)有限公司
公司地址：北京市海淀區中關村南大街2號A座10層1109

❹ 清河西小口到北京百貨大樓坐地鐵

公交線路：地鐵8號線 → 60路，全程約19.0公里

1、從泰科天潤半導體科技...步行約870米,到達西小口站

2、乘坐地鐵8號線,經過11站, 到達南鑼鼓巷站

3、步行約200米,到達鑼鼓巷站

4、乘坐60路,經過5站, 到達錫拉胡同站

5、步行約490米,到達北京市百貨大樓

❺ 第三代半導體

第三代半導體行業產業鏈全景梳理：產業鏈涉及多個環節

第三代半導體產業鏈分為上游原材料供應，中游第三代半導體製造和下游第三代半導體器件環節。上游原材料包括襯底和外延片;中游包括第三代版奧體設計、晶圓製造和封裝測試;下游為第三代半導體器件應用，包括微波射頻器件、電力電子器件和光電子器件等。中國第三代半導體行業產業鏈如下：

—— 以上數據參考前瞻產業研究院《中國第三代半導體材料行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》