中國粉體網(wǎng)訊 為進一步提升電動汽車動力性能，越來越多車企開始在電驅(qū)系統(tǒng)中導入碳化硅（SiC）技術(shù)，預(yù)估2022年車用碳化硅功率器件的市場規(guī)模將達到10.7億美元，2026年攀升至39.4億美元。與此同時，碳化硅產(chǎn)業(yè)仍面臨襯底生長速度緩慢、良率低、制備條件嚴苛等問題，或?qū)⒊蔀槭袌霰l(fā)的瓶頸。
高壓快充加速碳化硅上車
新能源電動車是碳化硅應(yīng)用中最主要的市場，也是該產(chǎn)業(yè)近年來最大的增長引擎。自從特斯拉率先在Model3中集成全碳化硅模塊后，海外車企大眾、豐田、福特等，國內(nèi)車企比亞迪、蔚來等陸續(xù)宣布將采用碳化硅方案，比亞迪、現(xiàn)代等甚至啟動芯片自研計劃，開始從碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈角度著手布局。
集邦咨詢指出，隨著越來越多的車企開始在電驅(qū)系統(tǒng)中導入碳化硅技術(shù)，預(yù)估2022年車用碳化硅功率器件市場規(guī)模將達到10.7億美元，至2026年將攀升至39.4億美元。YoleDéveloppement數(shù)據(jù)，受汽車市場以及工業(yè)、能源和其他交通運輸市場的推動，2021年至2027年碳化硅器件市場正以34%的年復(fù)合增長率增長。
之所以有越來越多的車企在自家車型中采用碳化硅器件，以致于未來數(shù)年中車用碳化硅器件有望出現(xiàn)爆發(fā)式增長，一個重要因素是，業(yè)界看好800V高壓驅(qū)動平臺在新能源汽車應(yīng)用中所展現(xiàn)出的良好用戶體驗。安森美在其發(fā)布的技術(shù)資料中指出，碳化硅器件所具有的獨特優(yōu)勢將改變電動車的未來，如在關(guān)鍵的主驅(qū)逆變器中采用碳化硅可滿足更高功率和更低的能效、更遠續(xù)航、更小損耗和更低的重量，以及向800V遷移的趨勢中更能發(fā)揮它的優(yōu)勢。
長期以來，續(xù)航里程和充電速度是困擾新能源汽車市場發(fā)展的兩個短板。400V電池是當前主流，如果采用800V高壓驅(qū)動平臺，將使新能源汽車的充電性能大幅提升，提高電池充電速度。同時，采用800V后還可以降低損耗、減輕車體重量，提高整車運行效率，在同等電量情況下延長續(xù)駛里程。資料顯示，小鵬G9采用800V高壓SiC平臺，相比400V平臺續(xù)航提升了5%，可實現(xiàn)超充5分鐘，續(xù)航超過200km的能力。
而采用800V平臺，高壓快充涉及車內(nèi)電源到車外充電整個強電鏈路。原本的硅基IGBT芯片達到材料極限，具備耐高壓、耐高溫、高頻等優(yōu)勢的SiC器件，無疑成為最佳的替代方案。
產(chǎn)業(yè)鏈快速走向成熟
隨著碳化硅市場的擴大，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈正在迅速走向成熟。日前，全球最大的碳化硅供應(yīng)商Wolfspeed宣布將在紐約州北部新建8英寸晶圓廠。羅姆計劃在日本建設(shè)新廠，希望在未來五年內(nèi)將產(chǎn)能提高5倍。東芝計劃到2024年將碳化硅產(chǎn)量提高3倍。從國內(nèi)市場來看，碳化硅襯底供應(yīng)商天岳先進近日表示，公司擬投資25億元建立子公司上海天岳，用于擴產(chǎn)6英寸導電型碳化硅襯底材料，項目計劃于2026年達產(chǎn)，達產(chǎn)后將新增導電型碳化硅襯底年產(chǎn)能30萬片。同時，該公司的導電型襯底獲得IATF16949車規(guī)體系認證。露笑科技也在近日披露，公司已經(jīng)到位280臺長晶爐，預(yù)計年底可實現(xiàn)5000片/月的產(chǎn)能。
事實上，近年來碳化硅功率器件一直是市場上的一大熱點，但也面臨碳化硅襯底制備條件嚴苛、生長速度緩慢、良率低等瓶頸。對此，北京三安光電公司總經(jīng)理陳昭亮指出，由于碳化硅襯底生產(chǎn)效率低，成本比硅晶片高出許多，再加上后期的外延、芯片制造及器件封裝等低成品率，導致碳化硅器件價格居高不下�；景雽w總經(jīng)理和巍巍表示，因為SiC襯底生產(chǎn)比較困難，包括碳粉硅粉合成、晶體生長、晶錠加工等好多細的步驟。核心的參數(shù)涉及直徑、雜質(zhì)、均勻性、彎曲翹曲以及光滑度等參數(shù)。碳化硅目前發(fā)展的痛點主要在于規(guī)模迅速擴大。未來兩三年要增長到約六七十億美元的規(guī)模，這個過程對產(chǎn)業(yè)界來說壓力巨大。因為每個環(huán)節(jié)擴產(chǎn)都不是一時就能擴出來的，需要很多的人才和資金的投入。
不過，隨著下游市場的繁榮發(fā)展，對于整個產(chǎn)業(yè)鏈的拉動作用也在增加。近日，應(yīng)用材料表示，公司已推出多款專用碳化硅設(shè)備，其針對碳化硅特殊物理化學特性設(shè)計的CMP設(shè)備據(jù)稱可明顯降低碳化硅晶圓表面缺陷。盛美半導體宣布，推出新型化學機械研磨后（Post-CMP）清洗設(shè)備。這是該公司第一款Post-CMP清洗設(shè)備，可用于制造高質(zhì)量襯底化學機械研磨（CMP）工藝之后的清洗，其中6英寸和8英寸的配置適用于碳化硅襯底制造。
與傳統(tǒng)硅晶圓產(chǎn)線相比，碳化硅制造工藝帶來了對設(shè)備的不同需求。意法半導體車用功率器件項目主管Giuseppe Arena表示，由于寬帶隙材料特有的物理化學特性，碳化硅制造工藝在外延生長、離子注入、高溫退火等環(huán)節(jié)與傳統(tǒng)硅基功率器件有較大不同，需要專門的腔室等模塊設(shè)計以控制缺陷、提高產(chǎn)率，在刻蝕、減薄等環(huán)節(jié)也需要特殊工具處理。
在越來越多市場需求的推動下，更多面向碳化硅的專用設(shè)備被開發(fā)出來，這對于改善碳化硅器件良率，降低制造成本，有著重要的促進作用。而隨著這些限制碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸被消除，碳化硅器件市場的爆發(fā)點也在逐步臨近。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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