据媒体报道，12月16日中德第三代半导体材料联合研究院项目签约落户西安。该项目技术可以以较高成功率稳定产出4英寸和6英寸SiC单晶晶圆，未来发展方向为大尺寸SiC单晶制备批量生产成熟技术和前沿半导体技术。

 

　　第三代半导体材料项目渐次落地

 

　　就在不久前，浙江省首个第三代半导体材料项目落户宁波，华大半导体完成宽禁带半导体材料项目签约，总投资10.5亿元，计划年产8万片4-6吋碳化硅衬底及外延片、碳化硅基氮化镓外延片，产品可广泛应用于5G通讯、新能源汽车、轨道交通、智能电网等领域。

 

　　2019年9月，中科钢研碳化硅项目总部基地落户上海，赋能第三代半导体材料，力争用3到5年时间，将与其战略合作伙伴联合创设的国宏中宇，建设成以上海总部基地为核心，以碳化硅半导体材料为代表，聚集第三代半导体材料及其应用技术与产品的高新技术企业集团。

 

　　2019年8月，华为通过哈勃投资入股山东天岳，并获10%股份。山东天岳核心产品为第三代半导体材料碳化硅。据公司官网介绍，碳化硅被称为是第三代半导体的核心材料，具有耐高压、耐高频等突出特点。此次投资或表明华为对于第三代半导体材料前景的认可。

 

　　碳化硅是最接近大规模商业化的第三代半导体材料

 

　　自半导体诞生以来，半导体材料便不断升级。第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗元素（Ge）半导体材料，其在集成电路、电脑、手机、航空航天、各类军事工程等领域中都得到了极为广泛的应用。

 

　　第二代半导体材料主要指化合物半导体材料（如砷化镓）、三元化合物半导体（如GaAsAl）、玻璃半导体（如非晶硅）等，主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。

 

　　与第一代和第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和度以及更高的抗辐射能力。

 

　　碳化硅（SiC）属于第三代半导体材料，也是目前发展最成熟的宽禁带半导体材料，世界各国对SiC的研究非常重视，纷纷投入大量的人力物力积极发展，美国、欧洲、日本等不仅从国家层面上制定了相应的研究规划，而且一些国际电子业巨头也都投入巨资发展碳化硅半导体器件。

 

　　产业链欧美占据关键位置 我国亦有诸多布局

 

　　SiC生产过程分为SiC单晶生长、外延层生长及器件制造三大步骤，对应的是产业链衬底、外延、器件与模组三大环节。

 

　　全球SiC产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大，全球SiC产量的70%-80%来自美国公司。欧洲则拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链，日本是设备和模块开发方面的绝对领先者。

 

　　我国企业在SiC方面也多有布局，但大部分处于早期研发阶段，行业体量较小。SiC衬底方面，天科合达、山东天岳、同光晶体等均能供应3英寸-6英寸的单晶衬底；SiC外延片方面，厦门瀚天天成与东莞天域生产3英寸-6英寸SiC外延片；代工方面，三安光电旗下三安集成于2018年12月宣布推出国内第一家6英寸SiC晶圆代工制程，且全部工艺鉴定试验已完成。

 

　　SiC器件正广泛应用于电力电子领域中，作为制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一，SiC成为实现新能源汽车最佳性能的理想选择。目前SiC器件在新能源汽车上的应用主要是功率控制单元、逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等。

 

　　相比于IGBT，SiC是更为先进的做控制器的电力电子芯片。虽然成本是IGBT的8-10倍，但SiC可以大幅度提高电机转速从而提升电机比功率，在做到高频率和高效率的同时，体积还非常小，约比IGBT小70-80%。此外，SiC还具有高频率但损耗低的优势，从而将新能源车效率再提高10%左右。这就意味着，电动车续航里程得到提升的同时，电池成本有可能大幅下降。

 

　　丰田曾经公开表示，SiC具有与汽油发动机同等的重要性。从上世纪80年代开始，丰田就在研究SiC，比国际同行提前30年。特斯拉为追求行驶里程仅5%的提升，不惜以贵几倍的代价在业界率先全面采用SiC替代IGBT，Model3的控制器就是利用的SiC材料。比亚迪也宣布将在2023年全方位采用SiC替代，预计在2025年全面用SiC取代IGBT。

 

　　根据Yole预测，2017-2023年，SiC功率器件市场将以每年31%的复合增长率增长，2023年将超过15亿美元；而SiC行业龙头Cree则表现得更为乐观，其预计到2022年，SiC在电动车用市场空间将快速成长到24亿美元，是2017年车用SiC整体收入（700万美元）的342倍。

 

　　多家公司已布局第三代半导体材料

 

　　露笑科技：公司今年11月与中科钢研、国宏中宇签署碳化硅项目战略合作协议，将为国宏中宇主导的碳化硅产业化项目定制约200台碳化硅长晶炉，设备总采购金额约3亿元。8月公司全资子公司露笑蓝宝石与国宏中宇签订总金额 1.26亿元的《碳化硅长晶成套设备定制合同》。

 

　　三安光电：主要从事化合物半导体材料的研发与应用，专注于碳化硅、砷化镓、氮化镓等半导体新材料及相关领域。今年3月，三安光电旗下三安集成电路与美的集团达成战略合作，双方共同成立第三代半导体联合实验室，将通过研发第三代半导体功率器件导入白色家电，推动产业创新发展。

 

　　海特高新：目前已完成包括砷化镓、氮化镓、碳化硅及磷化铟在内的6项工艺产品的开发，可支持制造功率放大器、混频器、低噪音放大器、开关、光电探测器、激光器、电力电子等产品，产品广泛应用于5G移动通信、人工智能、雷达、汽车电子等领域。截止目前公司部分产品已实现量产，服务客户数和订单持续增加。