近年來第三代半導體風起，2022年投資、整合、擴產不斷。

8月15日，氮化鎵龍頭納微半導體宣佈收購碳化硅企業GeneSiC，業務線拓展至碳化硅市場。據悉，GeneSiC在碳化硅功率器件領域排名前十，主要提供650V-6500V全系列車規級碳化硅MOS，收購總額約19億美元。

目前，碳化硅和氮化鎵是第三代半導體中應用最廣的兩類材料，其中碳化硅商用更加成熟，氮化鎵市場初起步。在當前的半導體世界中，硅器件仍佔據九成市場，第三代半導體規模仍小、技術也需要再突破，但是整體成長速度飛快。

在2022集邦諮詢第三代半導體前沿趨勢研討會上，集邦諮詢化合物半導體分析師龔瑞驕表示：“在全球疫情反覆等客觀因素的影響下，消費電子等終端市場需求有所下滑，但應用於功率元件的第三代半導體在各領域的滲透率仍然呈現持續攀升之勢，其中，800V汽車電驅系統、高壓快充樁、消費電子適配器、數據中心及通訊基站電源等領域的快速發展，推升了2022年SiC（碳化硅）/GaN（氮化鎵）功率半導體市場需求。”

國內企業也紛紛落子第三代半導體，佈局新能源、新基建等增長型市場，同時也面臨着挑戰。龔瑞驕告訴21世紀經濟報道記者，整體來看，國內第三代半導體的困境體現在兩方面，其一是器件技術方面，比如碳化硅MOS芯片和海外有較大差距，並且主要依靠海外代工；其二，原材料領域，國際上碳化硅襯底已經進入8英寸，中國纔剛剛步入6英寸量產。

碳化硅加速上車

經過十多年的發展，碳化硅早已走向商用，而隨着全球低碳化趨勢，以及新能源汽車的崛起，碳化硅乘上了新東風，尤其是在汽車領域，按下了上車的加速度。

根據TrendForce集邦諮詢最新報告《2022第三代半導體功率應用市場報告》顯示，隨着越來越多車企開始在電驅系統中導入SiC技術，預估2022年車用SiC功率元件市場規模將達到10.7億美元，至2026年將攀升至39.4億美元。

Wolfspeed中國區銷售與市場副總裁張三嶺談道，終端應用市場對於高效率、高功率密度、節能省耗的系統設計需求日益增強，與此同時，各國能效標準也不斷演進，在此背景下，SiC憑藉耐高溫、開關更快、導熱更好、低阻抗、更穩定等出色特性，正在不同的應用領域發光發熱。

他舉例道，以電動汽車的22kW OBC（車載充電器）應用爲例，SiC器件有助於減少30%的功率損耗、縮短充電時間，並將功率密度提升50%，帶動系統效率的提升及系統成本的下降。同時SiC開始加速滲透電動汽車、光伏儲能、電動車充電樁、PFC/開關電源、軌道交通、變頻器等應用場景，接下來將逐步打開發展空間。

談及碳化硅在汽車領域的挑戰，龔瑞驕接受記者採訪時表示：“核心挑戰在於主驅逆變器的可靠性要求很高，成本高。產業鏈也在通過多個方式降低成本，其中在襯底領域有不小空間，比如切割環節，普通晶體切割工藝會損失大量產能，使用新型的激光切割等方法來減少損失。此外，國內芯片良率上，和國外還有差距。”

面對電動汽車等市場機遇，全球廠商們不斷擴大碳化硅產能、投入研發。今年4月，全球SiC材料龍頭Wolfspeed全球最大的首座8英寸（200mm）SiC工廠正式開業，該工廠預計2024年達產，屆時產能將達2017年的30倍。除了Wolfspeed，今年英飛凌計劃斥資逾20億歐元，在馬來西亞居林工廠建造第三個廠區，新廠區將用於生產碳化硅和氮化鎵功率半導體產品。同時，更多的企業在8英寸領域進行突破，比如法國企業Soitec發佈了首款8英寸碳化硅晶圓、中國電科材料爍科公司研製出8英寸碳化硅晶體。

當前，國內的碳化硅項目也層出不窮，並且汽車領域競爭激烈，除了國外大廠，國內的上汽、北汽、廣汽、吉利等大型汽車集團正在加大本土碳化硅產業鏈的投資力度。在泰科天潤應用測試中心主任高遠看來，國產碳化硅芯片項目面臨多方面的問題。比如對於6英寸、8英寸的選擇上，短期內仍以6英寸爲主，可以謹慎佈局英8寸技術，未來瓶頸在國產8英寸襯底供應，同時芯片製造工藝上也亟待突破。

高遠還指出，二極管已成紅海市場，碳化硅二極管成爲國產化的突破口，但隨着價格的不斷下降，導致新進玩家門檻越來越高。在碳化硅器件的主戰場主逆變器方面，國產器件需要在工業領域、OBC、車載DC-DC充分驗證後才能放心上主驅逆變器，預計還需要3-5年時間。

氮化鎵急拓新市場

再看熱門的氮化鎵領域，龔瑞驕介紹道，氮化鎵材料被廣泛應用在功率半導體、微波射頻元件、光電子元件。在Power（電源）領域，目前主流的襯底類型是硅基氮化鎵，Transphorm、Navitas（納微半導體）、Innoscience（英諾賽科）等廠商均是採用這類的結構。另外在RF元件市場，主要以碳化硅基氮化鎵爲主流的結構，相關廠商有住友電工、科沃、NXP、Wolfspeed等。

當前，氮化鎵的主要應用場景仍在消費電子端的充電器領域，快充爲其提供了商用市場，廠商們也在不遺餘力地往數據中心、電動汽車等新市場拓展。

目前在全球氮化鎵市場上，英諾賽科排名前三，並採用IDM模式，在蘇州和珠海建有8英寸硅基氮化鎵量產線。英諾賽科首席營銷官馮雷向21世紀經濟報道記者表示，氮化鎵的優勢不僅在充電器領域，還包括數據中心和車載市場。以數據中心電源應用爲例，英諾賽科已經和國內外頭部廠商進行合作，比如已經和英偉達進入到驗證階段。

他進一步說道，美國廠商在經歷架構變化，谷歌提倡服務器電源從12V到48V的轉換，會減少電源損失，氮化鎵的優勢非常明顯。  

同時，在新能源汽車領域，英諾賽科也已經進行佈局。馮雷介紹道：“進入量產的是在激光雷達的驅動激光板的開關，只有氮化鎵纔可以實現需求。下一步，更高壓的氮化鎵是否能做核心驅動，還在驗證階段。”

談及產能，馮雷告訴記者，目前英諾賽科的產能可以滿足今年和明年需求，在他看來：“ 2023年是氮化鎵增長元年，2024年將開始指數級增長。氮化鎵從試產到量產應用，已經走過一個循環，市場還會不斷增長，數據中心、服務器大廠家都在明確地投入，開發氮化鎵高效率的解決方案。”

從全球產業看，氮化鎵企業也在加快研發腳步，據介紹，在材料領域，豐田開發出超過6英寸的氮化鎵單晶襯底，韓國IVWorks收購法國Saint-Gobain的氮化鎵單晶襯底業務；器件領域，Nanowin產品進入三星快速充電器，今年成立首個電動汽車氮化鎵IC設計中心。

龔瑞驕表示：“車身的OBC、DC/DC、激光雷達中氮化鎵有非常好的應用，我們預估氮化鎵的功率元件市場規模將在今年達到2.6億美元，2026年成長至17.7億美元，複合增長率達到61%。”

不過，他也指出，目前氮化鎵材料的成本還非常高，可以看到4英寸的氮化鎵單晶襯底大概是1500美金，折算回同尺寸的碳化硅大概是四倍的價格。

馮雷則向記者表示：“成本上，氮化鎵近三年內快速降低，同樣功率等級的情況下和硅產品相比，已經從5、6倍降至1.5倍的水平，接下來還會進一步下降。”

隨着氮化鎵產業鏈的成熟和成本的不斷降低，氮化鎵功率器件的應用場景將會進一步拓展。

（作者：倪雨晴）

責任編輯：劉萬里 SF014