产业化关键窗口期 专家热议第三代半导体未来发展之路

    本报记者 刘钊

    以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体有许多不可替代的优异性质，应用领域广泛，是国家重大需求和国际高科技产业竞争的关键领域之一，正处于产业化的关键窗口期。6月15日，2023集邦咨询第三代半导体前沿趋势研讨会在深圳举行，与会专家就第三代半导体当前的发展情况各抒己见，共同探寻产业发展之路。

    北京大学宽禁带半导体研究中心主任沈波表示，我国第三代半导体材料和器件在光电子、射频电子和功率电子3大领域已经建立了较为完整的研发和产业体系，半导体照明产业规模已居世界第一，但整体上第三代半导体技术与国际顶尖水平还有3到5年差距。目前，国内科研机构领域已具备全创新链研发能力，而第三代半导体全产业链也已基本形成，布局比较完整。

    氮化镓技术突破推动市场发展

    氮化镓功率器件具有良好的耐热性、导电性和散热性。与硅元件相比，氮化镓功率器件具有更高的电流密度和迁移率。华灿光电氮化镓电力电子研发总监邱绍谚表示，基于氮化镓功率器件的电能转换技术作为电力电子领域的核心技术之一，广泛应用于消费电子、数据中心等诸多领域，是推进电能高效利用的关键技术，也是节能减排的重要技术。氮化镓的技术突破，叠加各大厂商加入，加速了氮化镓快充市场发展，这样带来的就是营收和市场规模的增长会比较快。

    邱绍谚进一步表示，2023年其实才是真正氮化镓的元年，氮化镓刚开始出来除了做LED以外，并没有攻入新能源市场，而转去做消费性电子，反而是碳化硅进入了新能源市场。氮化镓的功用应该应用到新能源市场，今年有很多大厂开始慢慢导入了车用，然后才会延伸到更多的新能源应用领域。预计到2027年市场规模会达到20亿美金。

    英诺赛科产品应用总监邹艳波认为，能源电子的发展趋势有两个方向。一个是高频，这主要是因为在很多应用场景中，产品尺寸要求小型化，这就需要通过提升频率，将电源转换的尺寸做小。另一个是集成化，将功能子模块进行集成，这样让系统开发更简单，更容易实现自动化加工。这几年光伏发电上网价格可以做到跟传统能源的价格相当，这样就解决了它的价格问题，并且光伏发电又是绿色、可持续发展的能源，相信未来它将成为能源的最终解决方案之一。而在光伏发电的转化环节使用氮化镓，可以将新能源利用的效率提升5%，同时在尺寸上减小30%，更利于系统的集成。期待氮化镓在能源电子上得到应用，早日实现能源自由。

    碳化硅需求与日俱增

    碳化硅作为第三代半导体材料，具有比硅更优越的性能。不仅禁带宽度较大，还兼具热导率高、饱和电子漂移速率高、抗辐射性能强、热稳定性和化学稳定性好等优良特性，成为新能源汽车领域的“香饽饽”。近年来，随着碳化硅应用领域的扩展，需求的激增，产业对于碳化硅外延片品质和产能要求不断提高，碳化硅外延设备也就占据了产业链上游关键环节。

    纳设智能总经理陈炳安坦言，不管是硅基还是碳化硅，整个产业流程都是大同小异的。外延生长是SiC器件制造的核心环节，外延环节也占了芯片成本的25%，其中外延质量对器件的性能影响非常大，因此做出智能化、稳定的外延装备至关重要。近几年来，随着新能源汽车、充电桩等下游应用的发展，拉动了整个产业的爆发，截至2022年，国内SiC产业投资累计超1000亿元。

    得益于优异的能源转换效率，碳化硅在电动汽车、光伏、轨道交通、智能电网、家电等领域均有广泛应用前景。国星光电研究院三代半导体研发总监成年斌列举了当前三代半导体领域应用现状。以电动汽车为例，据TrendForce集邦咨询调查与分析，随着越来越多车企开始在电驱系统中导入碳化硅技术，预估2026年车用碳化硅功率元件市场规模将攀升至39.4亿美元。当下，电动汽车渗透率不断增高，同时整车电气架构向800V高压方向演进，这一趋势推动了市场对碳化硅器件的需求。

    天科合达研发总监娄艳芳表示，在绿色生态链中，碳化硅发挥着重要作用，也面临着更为严苛的要求。其中，碳化硅衬底作为价值最重、工艺难度和门槛最高的环节，面临着较大的挑战。就成本来说，衬底成本占据整个产品制作的50%左右，也因此，8英寸衬底因有效利用率高，有助于产业链实现降本增效的目标，已成为碳化硅领域的“兵家必争之地”。

    集邦咨询化合物半导体分析师龚瑞骄介绍，碳化硅市场的发展受到了新能源产业的强力驱动，特别是新能源汽车的蓬勃发展，也是带动了碳化硅产业的腾飞。除此以外，碳化硅还参与到能源的生产与分配，包括EV、储能、UPS、充电桩等等。这几年电动汽车与储能设施的快速发展，是导致碳化硅供不应求的主要因素。在种种下游应用的驱动下，碳化硅功率元件市场规模将从2022年的16.1亿美金成长到2026年的53.3亿美金，复合增长率达到35%。

（编辑 何帆 白宝玉）