第三代半导体材料碳化硅晶片行业分析报告.docx
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第三代半导体材料碳化硅晶片行业分析报告
2020年第三代半导体材料碳化硅晶片行业分析报告
2020年7月
碳化硅晶片是碳化硅晶体经过切割、研磨、抛光、清洗等工序加工形成的单晶薄片。
碳化硅晶片作为半导体衬底材料,经过外延生长、器件制造等环节,可制成碳化硅基功率器件和微波射频器件,是第三代半导体产业发展的重要基础材料。
根据电阻率不同,碳化硅晶片可分为导电型和半绝缘型。
其中,导电型碳化硅晶片主要应用于制造耐高温、耐高压的功率器件,市场规模较大;半绝缘型碳化硅衬底主要应用于微波射频器件等领域,随着5G通讯网络的加速建设,市场需求提升较为明显。
晶片尺寸越大,对应晶体的生长与加工技术难度越大,而下游器件的制造效率越高、单位成本越低。
目前国际碳化硅晶片厂商主要提供4英寸至6英寸碳化硅晶片,CREE、II-VI等国际龙头企业已开始投资建设8英寸碳化硅晶片生产线。
籽晶是生长晶体的“种子”,主要用于在单晶生长炉中生长碳化硅晶体;晶体主要用于加工为碳化硅晶片,还可用于制造莫桑钻饰品,或被加工设备制造商用于测试切割设备等。
籽晶是用于碳化硅晶体生长的高品质碳化硅晶片,相对于一般的碳化硅晶片,籽晶的结晶品质要求更高、尺寸和厚度较大,其销售价格也相对较高。
碳化硅晶体是生产碳化硅晶片的中间产品,公司生产的碳化硅晶体主要用于加工制成碳化硅晶片后对外销售。
根据电阻率不同,公司的碳化硅晶体可分为导电型晶体和半绝缘型晶体。
其中,高品质的半绝缘型碳化硅晶体由于近乎无色,且硬度、亮度、火彩等指标接近甚至超过钻石,可作为宝石晶体用于加工制成莫桑钻等珠宝首饰进入消费品市场。
近年来,随着天然钻石开采量的下降和全球对环保要求的提高,莫桑钻作为替代性的优质饰品,其市场规模在全球范围内逐渐兴起。
用于加工制成莫桑钻的宝石晶体,所要求的指标参数与半导体碳化硅晶体存在一定差异。
半导体行业更注重微管密度、电阻率等晶体的电气性能和微观结构,而应用于宝石行业的碳化硅晶体更注重净度、色泽等外观指标,制备工艺难度相对较低,但同时,两者在晶体生长的扩径、多型和高纯度控制等工艺技术方面具有较高的相似性。
一、行业主管部门、监管体制、主要法律法规政策
1、行业主管部门和监管体制
行业主管部门为工信部,主要职责包括制定行业规划和产业政策、起草相关规章制度、拟定行业技术标准,推进行业的技术创新与产业化发展等。
行业由中国半导体行业协会进行自律管理,主要职能包括:
贯彻落实政府有关的政策、法规,向政府业务主管部门提出半导体行业发展的经济、技术和装备政策的咨询意见和建议;开展经济技术交流和学术交流活动等。
2、行业主要政策法规
上述政策法规的发布和落实,为碳化硅半导体材料的发展提供了良好的政策环境,推动了碳化硅晶片产业近年来迅速发展。
二、半导体行业概况
半导体行业是现代电子信息产业的基础,是支撑国民经济高质量发展的重要行业。
半导体行业市场规模较大,产业链较长,技术门槛较高。
半导体行业的产业链可大致分为设备、材料、设计等上游环节,器件制造与封装等中游环节,以及终端应用等下游环节。
近年来,全球半导体产业规模在宏观经济与电子信息产业不断发展的背景下呈上升趋势,根据WSTS统计,2014至2019年全球半导体行业销售规模年化复合增长率为4.09%。
在政策大力支持与下游应用快速繁荣等因素的推动下,同期我国半导体行业销售额年化复合增长率达到9.46%,占全球销售额比例也由2014年的27.32%上升至2019年的35.15%,目前已经成为全球最大的半导体消费市场。
2019年中央经济工作会议首次提出“新基建”概念,内涵为5G通讯、人工智能、工业互联网等“新型基础设施建设”。
2020年以来,我国加快“新基建”建设力度,明确新基建涉及“5G基建、特高压、城际高速铁路和城际轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网”等七大领域。
上述领域与我国半导体产业的发展密切相关,将成为我国新一轮半导体产业快速发展的驱动因素,为产业带来新的机遇。
5G基建、特高压、城际高速铁路、新能源汽车充电站等领域对半导体器件的性能指标和可靠性的要求更高,要求器件有更高的工作电压、更大的电流承载能力、更高的工作频率、更高的效率、更高的工作温度、更强的散热能力和更高的可靠性。
目前,我国在5G通讯、新能源等新兴产业的技术水平、产业化规模等方面都处于国际优势地位,将促进我国上游半导体行业的持续发展,进一步提高半导体企业在国际市场的影响力。
三、第三代半导体材料行业概况
1、半导体材料概况
半导体材料是半导体产业链上游中的重要组成部分,在集成电路、分立器件等半导体产品生产制造中起到关键性的作用。
根据半导体产品制造过程,半导体材料分为制造材料和封装材料,其中制造材料主要是制造硅晶圆半导体、砷化镓、碳化硅等化合物半导体的芯片过程中所需的各类材料,封装材料则是将制得的芯片封装切割过程中所用到的材料。
2018年全球半导体材料销售额达到519亿美元,较2017年469亿美元增长10.66%,其中制造材料、封装测试材料销售额分别为322亿美元、197亿美元。
受全球宏观经济影响,2019年全球半导体材料市场规模有所下降,但其下降幅度低于整体半导体产业。
据中国电子材料行业协会统计,2019年全球半导体材料整体市场营收484亿美元,同比2018年的519亿美元下降6.7%。
2015年至2019年,全球半导体制造材料销售规模由240亿美元增长到293亿美元,年均复合增长率5.11%,同期半导体封装材料销售规模从193亿美元小幅下降到190亿美元,年均复合增长率为-0.39%。
未来,随着半导体芯片工艺升级、芯片尺寸持续小型化,以及全球硅材料、化合物半导体材料的品种和性能不断迭代升级的影响下,半导体制造材料在材料销售规模的占比预计将持续提高。
半导体衬底材料包括硅材料和砷化镓、碳化硅、氮化镓等化合物半导体材料。
硅是目前技术最成熟、使用范围最广、市场占比最大的衬底材料,近年来随着材料制备技术与下游应用市场的成熟,以碳化硅为代表的第三代半导体衬底材料市场规模持续扩大。
2、第三代半导体衬底材料概况
半导体衬底材料发展至今经历了三个阶段。
第一阶段是20世纪50年代开始,以硅为代表的第一代半导体材料制成的二极管和晶体管取代了电子管,引发以集成电路为核心的微电子产业的迅速发展;第二阶段是20世纪90年代开始,随着半导体产业的发展,硅材料的物理瓶颈日益突出,以砷化镓为代表的第二代半导体材料崭露头角,相关器件制备技术逐渐成熟,使半导体材料进入光电子领域;第三阶段是近年来,以碳化硅为代表的第三代半导体材料在禁带宽度、击穿电场强度、饱和电子漂移速率、热导率以及抗辐射等关键参数方面具有显著优势,进一步满足了现代工业对高功率、高电压、高频率的需求。
三代半导体衬底材料的指标参数对比如下:
基于上述特性,以碳化硅为衬底制成的功率器件相比硅基功率器件具有优越的电气性能,具体如下:
①耐高压。
碳化硅的击穿电场强度是硅的10余倍,使得碳化硅器件耐高压特性显著高于同等硅器件。
②耐高温。
碳化硅相较硅拥有更高的热导率,使得器件散热更容易,极限工作温度更高。
耐高温特性可以带来功率密度的显著提升,同时降低对散热系统的要求,使终端可以更加轻量和小型化。
③低能量损耗。
碳化硅具有2倍于硅的饱和电子漂移速率,使得碳化硅器件具有极低的导通电阻,导通损耗低;碳化硅具有3倍于硅的禁带宽度,使得碳化硅器件泄漏电流比硅器件大幅减少,从而降低功率损耗;碳化硅器件在关断过程中不存在电流拖尾现象,开关损耗低,大幅提高实际应用的开关频率。
注:
相同规格的碳化硅基MOSFET和硅基MOSFET相比,导通电阻降低为1/200,尺寸减小为1/10;相同规格的使用碳化硅基MOSFET的逆变器和使用硅基IGBT相比,总能量损失小于1/4。
由于碳化硅器件具备的上述优越性能,可以满足电力电子技术对高温、高功率、高压、高频及抗辐射等恶劣工作条件的新要求,从而成为半导体材料领域最具前景的材料之一。
四、碳化硅晶片行业概况
1、碳化硅晶片简介
第三代半导体材料中,受技术与工艺水平限制,氮化镓材料作为衬底实现规模化应用仍面临挑战,其应用主要是以蓝宝石、硅晶片或碳化硅晶片为衬底,通过外延生长氮化镓以制造氮化镓器件。
相比而言,近年来碳化硅晶片作为衬底材料的应用逐步成熟并进入产业化阶段,以碳化硅晶片为衬底的下游产业链图示如下:
以碳化硅晶片为衬底,通常使用化学气相沉积(CVD)方法,在晶片上淀积一层单晶形成外延片。
其中,在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层制得碳化硅外延片,可进一步制成功率器件,应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域;在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层制得碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)外延片,可进一步制成微波射频器件,应用于5G通讯、雷达等领域。
2、碳化硅晶片应用及其市场情况
碳化硅晶片经外延生长后主要用于制造功率器件、射频器件等分立器件。
以碳化硅晶片为衬底制造的半导体器件具备高功率、耐高压、耐高温、高频、低能耗、抗辐射能力强等优点,可广泛应用于新能源汽车、5G通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等现代工业领域,在我国“新基建”的各主要领域中发挥重要作用。
(1)功率器件
功率器件是电力电子行业的重要基础元器件之一,广泛应用于电力设备的电能转化和电路控制等领域。
作为用电装备和系统中的核心,功率器件的作用是实现对电能的处理、转换和控制,管理着全球超过50%的电能资源,广泛用于智能电网、新能源汽车、轨道交通、可再生能源开发、工业电机、数据中心、家用电器、移动电子设备等国家经济与国民生活的方方面面,是工业体系中不可或缺的核心半导体产品。
现有的功率器件大多基于硅半导体材料,由于硅材料物理性能的限制,器件的能效和性能已逐渐接近极限,难以满足迅速增长和变化的电能应用新需求。
碳化硅功率器件以其优异的耐高压、耐高温、低损耗等性能,能够有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求,在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有明显优势。
经过近30年研究和开发,碳化硅衬底和功率器件制造技术在近年逐步成熟,并快速推广应用,正在掀起一场节能减排和新能源领域的巨大变革。
碳化硅功率器件的应用领域如下图所示:
①新能源汽车
新能源汽车行业是市场空间巨大的新兴市场,全球范围内新能源车的普及趋势逐步清晰化。
根据现有技术方案,每辆新能源汽车使用的功率器件价值约700美元到1000美元。
随着新能源汽车的发展,对功率器件需求量日益增加,成为功率半导体器件新的增长点。
新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括:
电机驱动系统、车载充电系统(OBC)、电源转换系统(车载DC/DC)和非车载充电桩。
碳化硅功率器件应用于电机驱动系统中的主逆变器,能够显著降低电力电子系统的体积、重量和成本,提高功率密度。
美国特斯拉公司的Model3车型采用以24个碳化硅MOSFET为功率模块的逆变器,是第一家在主逆变器中集成全碳化硅功率器件的汽车厂商;碳化硅器件应用于车载充电系统和电源转换系统,能够有效降低开关损耗、提高极限工作温度、提升系统效率,目前全球已有超过20家汽车厂商在车载充电系统中使用碳化硅功率器件;碳化硅器件应用于新能源汽车充电桩,可以减小充电桩体积,提高充电速度。
②光伏发电
在光伏发电应用中,基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统10%左右,却是系统能量损耗的主要来源之一。
使用碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET与碳化硅SBD结合的功率模块的光伏逆变器,转换效率可从96%提升至99%以上,能量损耗降低50%以上,设备循环寿命提升50倍,从而能够缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命、降低生产成本。
高效、高功率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器的未来发展趋势。
在组串式和集中式光伏逆变器中,碳化硅产品预计会逐渐替代硅基器件。
③轨道交通
轨道交通车辆呈现多样化发展,从运行状态上可分为干线机车、城市轨道车辆、高速列车,其中城市轨道车辆和高速列车是轨道交通未来发展的主要动力。
轨道交通车辆中大量应用功率半导体器件,其牵引变流器、辅助变流器、主辅一体变流器、电力电子变压器、电源充电机都有使用碳化硅器件的需求。
其中,牵引变流器是机车大功率交流传动系统的核心装备,将碳化硅器件应用于轨道交通牵引变流器,能极大发挥碳化硅器件高温、高频和低损耗特性,提高牵引变流器装置效率,符合轨道交通大容量、轻量化和节能型牵引变流装置的应用需求,提升系统的整体效能。
2012年,包含碳化硅SBD的混合碳化硅功率模块在东京地铁银座线37列车辆中商业化应用,实现了列车牵引系统节能效果的明显提升、电动机能量损耗的大幅下降和冷却单元的小型化;2014年,日本小田急电铁新型通勤车辆配备了三菱电机3300V/1500A全碳化硅功率模块逆变器,开关损耗降低55%、体积和重量减少65%,电能损耗降低20%至36%。
④智能电网
相比其他电力电子装置,电力系统要求更高的电压、更大的功率容量和更高的可靠性,碳化硅器件突破了硅基功率半导体器件在大电压、高功率和高温度方面的限制所导致的系统局限性,并具有高频、高可靠性、高效率、低损耗等独特优势,在固态变压器、柔性交流输电、柔性直流输电、高压直流输电及配电系统等应用方面推动智能电网的发展和变革。
此外,碳化硅功率器件在风力发电、工业电源、航空航天等领域也已实现成熟应用。
伴随新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等产业的快速发展,功率器件的使用需求大幅增加。
根据ICInsights《2019年光电子、传感器、分立器件市场分析与预测报告》,2018年全球功率器件的销售额增长率为14%,达到163亿美元。
未来,随着碳化硅和氮化镓功率器件的加速发展,全球功率器件的销售额预计将持续保持增长。
预计2018至2023年期间,全球功率器件的销售额复合年增长率达到3.3%,2023年全球功率器件收入将达到192亿美元。
根据IHSMarkit数据,2018年碳化硅功率器件市场规模约3.9亿美元,受新能源汽车庞大需求的驱动,以及电力设备等领域的带动,预计到2027年碳化硅功率器件的市场规模将超过100亿美元,碳化硅衬底的市场需求也将大幅增长。
(2)射频器件
微波射频器件是实现信号发送和接收的基础部件,是无线通讯的核心,主要包括射频开关、LNA、功率放大器、滤波器等器件,其中,功率放大器是放大射频信号的器件,直接决定移动终端和基站的无线通信距离、信号质量等关键参数。
5G通讯高频、高速、高功率的特点对功率放大器的高频、高速以及功率性能有更高要求。
以碳化硅为衬底的氮化镓射频器件同时具备了碳化硅的高导热性能和氮化镓在高频段下大功率射频输出的优势,突破了砷化镓和硅基LDMOS器件的固有缺陷,能够满足5G通讯对高频性能和高功率处理能力的要求,碳化硅基氮化镓射频器件已逐步成为5G功率放大器尤其宏基站功率放大器的主流技术路线。
随着全球5G通讯技术的发展和推广,5G基站建设将为射频器件带来新的增长动力。
据YoleDevelopment预测,2025年全球射频器件市场将超过250亿美元,其中射频功率放大器市场规模将从2018年的60亿美元增长到2025年的104亿美元,而氮化镓射频器件在功率放大器中的渗透率将持续提高。
随着5G市场对碳化硅基氮化镓器件需求的增长,半绝缘型碳化硅晶片的需求量也将大幅增长。
3、碳化硅晶片市场供给情况
碳化硅晶片制造工艺难度大,研发时间长,存在较高的技术门槛和人才门槛。
自1955年菲力浦实验室的Lely首次在实验室成功制备碳化硅单晶以来,在随后的60余年中,美国、欧洲、日本等发达国家与地区的科研院所与企业不断创新和改良碳化硅单晶的制备技术与设备,在碳化硅单晶晶体及晶片技术与产业化领域形成了较大优势。
目前,碳化硅晶片产业格局呈现美国全球独大的特点。
以导电型产品为例,2018年美国占有全球碳化硅晶片产量的70%以上,仅CREE公司就占据一半以上市场份额,剩余份额大部分被日本和欧洲的其他碳化硅企业占据。
我国碳化硅晶体、晶片领域的研究从20世纪90年代末开始起步,在行业发展初期受到技术水平和产能规模的限制,未进入工业化生产。
进入21世纪,以天科合达为代表的国内企业开始探索碳化硅单晶片的工业化生产,经过10余年的持续研发与探索,掌握了2-6英寸的碳化硅晶体生长和晶片加工的关键技术。
五、行业发展现状、面临的机遇和未来发展趋势
1、第三代半导体战略地位得到广泛重视
由于在新能源汽车、5G通讯、光伏发电、智能电网、消费电子、国防军工、航空航天等诸多领域具有广阔的应用前景,第三代半导体材料的重要性和战略地位得到广泛重视。
欧盟委员会、美国能源部、日本新能源产业技术开发机构等发达国家和机构相继启动第三代半导体衬底及器件的多个发展计划和研发项目,推动本国(地区)第三代半导体产业链发展,巩固其在第三代半导体领域的领先地位。
国内方面,2016年至今,中央和地方政府对第三代半导体产业给予了高度重视,出台多项产业发展扶持政策。
国务院及工信部、国家发改委等部门先后在产业发展、营商环境、示范应用等方面出台政策,进一步支持我国第三代半导体产业发展;科技部通过“国家重点研发计划”共支持第三代半导体和半导体照明相关研发项目超过30项,涵盖电力电子、微波射频应用的多个应用领域,对第三代半导体基础研究及前沿技术、重大共性关键技术、典型应用示范给予高度重视和重点支持;北京、深圳、济南、长沙等地方各级政府出台多项产业发展措施和政策,引导和支持区域内第三代半导体产业发展。
2、碳化硅晶片需求旺盛,供给相对不足
随着新能源汽车、5G通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网等行业加大应用碳化硅器件的投资,全球对碳化硅器件需求持续增长,国内碳化硅器件领域的投资也逐渐升温,对上游碳化硅晶片的需求持续。
据CASA不完全统计,截至2018年末,国内已有5家企业投资建成碳化硅器件生产线(包括中试线),分别为中电科五十五所、泰科天润、株洲中车时代、三安集成、国家电网全球能源互联网研究院。
2019年以来,国内又有多家半导体企业宣布投资建设碳化硅器件生产线,华润微电子有限公司等硅基功率器件企业也已计划开展碳化硅器件生产业务。
2019年以来,山西烁科新材料有限公司、露笑科技股份有限公司等公司宣布建设新的碳化硅晶片生产线或进军碳化硅晶片生产领域。
但由于碳化硅材料特殊的物理性质,其晶体生长、晶体切割、晶片加工等环节的技术和工艺要求高,需要长期研发投入才能形成产业化生产能力,行业门槛很高。
因此,新进入的碳化硅晶片生产商在短期内形成规模化供应能力存在较大难度,市场供给仍主要依靠现有晶片生产商扩大自身生产能力,国内碳化硅晶片供给不足的局面预计仍将维持一段时间。
3、碳化硅晶片尺寸持续扩大,6英寸晶片将成为主流
与第一代半导体硅晶片类似,第三代半导体碳化硅晶片向大尺寸方向不断发展,以不断提高下游对碳化硅片的利用率和生产效率。
伴随CREE、II-VI等企业6英寸碳化硅晶片制造技术的成熟完善,6英寸产品质量和稳定性逐渐提高,国外下游器件制造厂商对碳化硅晶片的采购需求逐渐由4英寸向6英寸转化。
国内方面,部分碳化硅晶片企业也成功研制6英寸产品,并逐渐形成规模化供货能力。
在8英寸碳化硅晶片尚未实现产业化的情况下,6英寸碳化硅晶片将成为市场主流产品。
4、国际碳化硅龙头企业整体领先并加速布局抢占市场份额
国际碳化硅龙头企业起步较早,产业发展已较为成熟,上世纪90年代初,美国CREE公司已成功推出碳化硅晶片产品,于上世纪90年代末成功研制出4英寸碳化硅晶片,并于2001年成功研制首个商用碳化硅SBD产品。
随着碳化硅衬底和器件制备技术的成熟和不断完善,以及下游应用的需求增长,国际碳化硅龙头企业在保持技术和市场占有率的情况下,不断加强产业布局,主要措施包括:
①继续扩大产能。
如美国CREE公司斥资10亿美元扩大碳化硅晶片生产能力;②第二,加强与上下游产业链的联合,通过合同、联盟或其他方式提前锁定订单,如CREE与Infineon、ST等欧美主要第三代半导体下游企业签订长期供货协议。
整体来看,国际半导体龙头企业纷纷在碳化硅领域加速布局,一方面将推动碳化硅材料的市场渗透率加速,另一方面也初步奠定了未来几年第三代半导体领域的竞争格局。
5、国内碳化硅材料企业快速崛起
我国的碳化硅晶体研究从20世纪90年代末才起步,并在发展初期受到技术瓶颈和产能规模限制而未能实现产业化,与国际先进水平相比存在较大差距。
进入21世纪以来,在国家产业政策的支持和引导下,我国碳化硅晶片产业发展大幅提速。
先后涌现出山东天岳等具有自主知识产权的碳化硅晶片优秀制造企业。
国内企业以技术驱动发展,深耕碳化硅晶片与晶体制造,逐步掌握了2英寸至6英寸碳化硅晶体和晶片的制造技术,打破了国内碳化硅晶片制造的技术空白并逐渐缩小与发达国家的技术差距。
目前,国内碳化硅晶片制造企业的部分产品在核心参数上已经达到国际先进水平,晶片产品对外销往北美、欧洲、日本、韩国等国家和地区,与美国CREE公司、美国II-VI公司等国际企业进行直接竞争。
未来伴随我国新能源汽车、5G通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等行业的快速发展,我国碳化硅材料产业规模和产业技术将得到进一步提升。
6、国内进口替代趋势不可逆转
在国际贸易摩擦加剧的背景下,半导体产业链的自主可控是我国发展智能制造、电子信息等国民经济支柱行业、实现产业升级的战略性任务。
目前我国半导体产业进口依赖依然严重,2017年至2019年,我国集成电路年进口额分别为2,601亿美元、3,121亿美元和3,055亿美元(海关统计口径),连续位列我国进口商品的第一位,是同期半导体出口额的3倍以上,且贸易逆差持续扩大。
为发展我国半导体产业的自主可控,国家宏观到微观层面先后出台了大量支持政策与规划,促进国内企业在半导体设备、材料、设计等各个细分领域的重点突破。
同时,数千亿规模的国家集成电路产业投资基金对半导体产品的生产与设计、下游应用领域的重点企业提供了有力的资金支持。
目前我国完善的基建配套、巨大的工程技术人员规模和市场容量已经培育出了在细分领域具有国际竞争力的半导体产品制造企业。
半导体产业是资金密集、技术密集和人才密集的产业,国内半导体企业在政策引导、资金支持下,产能规模和制造技术均能保持稳定发展,半导体产业链实现进口替代的趋势不可逆转。
在碳化硅半导体领域,第三代半导体材料制造企业经过十余年的自主研发,实现了设备研制、原料合成、晶体生长、晶体切割、晶片加工、清洗检测的全流程自主可控,有能力为下游外延器件厂商稳定提供高品质碳化硅晶片,为碳化硅下游厂商实现进口替代提供了条件。
六、行业发展面临的挑战
1、碳化硅晶片技术门槛高
在2,000℃以上的高温密闭真空环境中生长出大尺寸、高品质、单一晶型的碳化硅晶体,需要精确的热场控制、材料匹配及经验累积,技术门槛高。
由于碳化硅的硬度高、化学性质稳定,切割、研磨、抛光等加工的难度也较大。
因此,行业参与者需要长期和大量的投入,才有可能在技术上取得突破,较高的技术门槛制约了行业的快速发展。
2、碳化硅晶片制备成本较高
由于晶体生长速率慢、制备技术难度较大,大尺寸、高品质碳化硅晶片生产成本较高,从而一定程度上制约了在下游行业的应用和推广。
随着碳化硅晶片和器件工艺的不断成熟,晶片和器件的价格呈一定下降趋势,但碳化硅功率器件的价格仍数倍于硅基器件,下游应用领域仍需平衡碳化硅器件本身的高价格与因碳化硅器件的优越性能带来的系统范围内的成本下降,短期内一定程度上限制了碳化硅器件在功率器件领域的渗透率,使得碳化硅晶片和器件尚无法在理论可行的广阔应用领域内对硅材料发起更全面的挑战。
七、行业主要企业简况
1、美国CREE公司
CREE公司成立于1987年,是集化合物半导体材料、功率器件、微波射频器件、LED照
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