隨著全球宏觀環(huán)境的逐步恢復(fù)，SiC/GaN等第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)于2023年邁向新的發(fā)展高峰，持續(xù)攪動(dòng)新能源汽車、光伏儲(chǔ)能、工業(yè)電源、通訊基站等高壓高功率應(yīng)用領(lǐng)域的一池春水。
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值此之際，TrendForce集邦咨詢于6月15日在在深圳福田JW萬(wàn)豪酒店成功舉辦“2023集邦咨詢第三代半導(dǎo)體前沿趨勢(shì)研討會(huì)”，匯聚了海內(nèi)外第三代半導(dǎo)體先進(jìn)企業(yè)代表，以及科研院校和媒體界的眾多菁英，共同探討第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，展望未來(lái)?，F(xiàn)場(chǎng)座無(wú)虛席，與會(huì)者熱情高漲，映射了第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的繁榮景象。
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會(huì)議伊始，集邦咨詢總經(jīng)理樊曉莉女士發(fā)表致辭，她向所有參會(huì)嘉賓及線上的聽(tīng)眾表示誠(chéng)摯的歡迎和衷心的感謝，并表達(dá)了對(duì)的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的美好祝愿。隨后，第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的行業(yè)專家與集邦咨詢分析師相繼發(fā)表精彩演講，演講精華匯總?cè)缦隆?br /> ?
北京大學(xué)
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以GaN、SiC為代表的第三代半導(dǎo)體有許多不可替代的優(yōu)異性質(zhì)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，是國(guó)家重大需求和國(guó)際高科技產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵領(lǐng)域之一，正處于產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵窗口期，因此受到了學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、中央和地方政府，甚至金融投資界的高度重視。
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第三代半導(dǎo)體材料和器件在光電子、射頻電子和功率電子領(lǐng)域有著豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，且有其不可替代性。
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我國(guó)在上述三個(gè)領(lǐng)域均建立了較為完整的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)體系，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)規(guī)模已居世界第一，但整體上第三代半導(dǎo)體技術(shù)與國(guó)際頂尖水平還有3-5年的差距。
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可喜的是，國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在研發(fā)與產(chǎn)業(yè)兩個(gè)領(lǐng)域皆有了實(shí)質(zhì)性的突破。其中，科研機(jī)構(gòu)領(lǐng)域已具備全創(chuàng)新鏈研發(fā)能力，而第三代半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈也已基本形成, 布局比較完整。并且，科研院校與企業(yè)之間的合作也更加緊密了，未來(lái)有望加速研發(fā)成果的轉(zhuǎn)化。
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北京大學(xué)多年來(lái)在GaN基第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)取得了重要的成果，并在開(kāi)始實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。近年來(lái)在Si襯底上GaN材料外延和功率電子器件研制上取得了在國(guó)內(nèi)外有一定影響的成果，正在全力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
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華燦光電
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在手機(jī)、計(jì)算機(jī)的帶動(dòng)下，GaN快充市場(chǎng)發(fā)揮出巨大的市場(chǎng)營(yíng)銷能力，尤其以65W-100W為主流。2023年，隨著更多廠商的積極投入，GaN的市場(chǎng)關(guān)注度進(jìn)一步提高，帶動(dòng)了3C電源、數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車、光伏儲(chǔ)能等相關(guān)廠家的驗(yàn)證使用。
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然而，GaN目前也處于發(fā)展的萌芽期，仍面臨同質(zhì)襯底生長(zhǎng)、可靠性不佳等技術(shù)問(wèn)題，限制了生產(chǎn)良率和商用化發(fā)展。其中，GaN器件特性由外延結(jié)構(gòu)決定，器件的可靠性則與材料質(zhì)量緊密相關(guān)。目前，GaN襯底仍在開(kāi)發(fā)中，市場(chǎng)上尚未有成熟的GaN襯底，只能使用硅和藍(lán)寶石等異質(zhì)接面襯底，而這些導(dǎo)致了GaN器件特性不佳。
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自2020年進(jìn)入GaN電力電子領(lǐng)域以來(lái)，華燦光電依托其在LED芯片在GaN材料和器件領(lǐng)域的積累，積極展開(kāi)技術(shù)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。在自有外延方面，華燦光電于2022年啟動(dòng)了6英寸藍(lán)寶石襯底研發(fā)，初步完成650V GaN-on-Si for D-mode＆E-mode的外延片研發(fā)和流片。在器件方面，完成了650V GaN產(chǎn)品的小批量出樣和測(cè)試，650V GaN HEMT和demo board出樣。
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按照計(jì)劃，華燦光電的GaN產(chǎn)品將逐步從650V向900V，再到1200V的路徑發(fā)展，并會(huì)規(guī)劃低壓產(chǎn)品以擴(kuò)充產(chǎn)品線。
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英諾賽科
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功率半導(dǎo)體是能源電子的核心支撐，隨著終端應(yīng)用要求的升級(jí)，功率半導(dǎo)體技術(shù)持續(xù)迭代，更多先進(jìn)的材料逐漸崛起。其中，GaN在經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累和市場(chǎng)驗(yàn)證后，性能、成本、供應(yīng)、應(yīng)用生態(tài)及可靠性等各方面的優(yōu)勢(shì)開(kāi)始顯現(xiàn)，可以說(shuō)，屬于GaN的時(shí)代來(lái)了。
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近年來(lái)，GaN已經(jīng)開(kāi)始從低功率消費(fèi)電子市場(chǎng)轉(zhuǎn)向高功率數(shù)據(jù)中心、光伏逆變器、汽車、通信電源等市場(chǎng)，這些應(yīng)用對(duì)功率密度、能效、開(kāi)關(guān)頻率、熱管理、可靠性及尺寸等都提出了更高的要求，而GaN因具備寬禁帶、高頻率、低損耗、抗輻射強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，正好滿足了各種應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)高效率、低能耗、高性價(jià)比的要求。
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面對(duì)前景廣闊的功率應(yīng)用市場(chǎng)以及愈加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，GaN廠商在產(chǎn)品性能和產(chǎn)能供應(yīng)方面的競(jìng)爭(zhēng)力尤其關(guān)鍵。英諾賽科作為全球少數(shù)擁有完整產(chǎn)業(yè)鏈的GaN IDM企業(yè)，在核心技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)能供應(yīng)穩(wěn)定及規(guī)模成本方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，已在消費(fèi)電子、光伏儲(chǔ)能、汽車、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域取得開(kāi)創(chuàng)性的成果。目前，英諾賽科的InnoGaN氮化鎵功率器件已覆蓋高壓、低壓等全電壓范圍，GaN芯片出貨量已超1.7億顆。
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納設(shè)智能
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外延生長(zhǎng)是碳化硅器件制造的核心環(huán)節(jié)，其外延質(zhì)量和缺陷率將直接影響著器件的性能和良率，碳化硅外延生產(chǎn)成本約占碳化硅器件總體成本的23%。因此，外延設(shè)備及其制備技術(shù)起到了關(guān)鍵的作用。
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現(xiàn)階段，碳化硅外延層的制備方法主要以化學(xué)氣相沉積（CVD）為主，其中，CVD法具有可以精確控制外延膜厚度和摻雜濃度、缺陷較少、生長(zhǎng)速度適中、過(guò)程可自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，是目前已經(jīng)成功商業(yè)化的碳化硅外延技術(shù)。
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目前，碳化硅本土產(chǎn)業(yè)化時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，快速發(fā)展的下游應(yīng)用極劇拉動(dòng)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其中，納設(shè)智能開(kāi)發(fā)了中國(guó)首臺(tái)完全自主創(chuàng)新的碳化硅外延CVD設(shè)備，具備工藝可調(diào)性高、耗材成本低、維護(hù)頻率低等優(yōu)點(diǎn)，助力了碳化硅關(guān)鍵設(shè)備的本土化發(fā)展。自2021年第一臺(tái)設(shè)備出廠，截至目前，納設(shè)智能已與10+客戶簽署銷售合同，已獲150+臺(tái)訂單。
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國(guó)星光電
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SIP（系統(tǒng)級(jí)封裝）技術(shù)是通過(guò)將多個(gè)裸片及無(wú)源器件整合在單個(gè)封裝體內(nèi)的集成電路封裝技術(shù)。在后摩爾時(shí)代，SIP技術(shù)可以幫助芯片成品增加集成度、減小體積并降低功耗，應(yīng)用市場(chǎng)廣泛覆蓋消費(fèi)電子、無(wú)線電子、汽車電子、醫(yī)療電子、云計(jì)算及工業(yè)控制等。
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GaN的本質(zhì)是一個(gè)開(kāi)關(guān)管，實(shí)現(xiàn)特定的功能離不開(kāi)對(duì)GaN開(kāi)關(guān)管的控制，而控制行為在電路中屬于邏輯部分，將邏輯電路和功率電路進(jìn)行合封是一個(gè)很高難度的挑戰(zhàn)。基于SIP封裝的GaN解決方案能夠助力LED驅(qū)動(dòng)電源在性能和成本上進(jìn)一步升級(jí)。
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面向LED應(yīng)用下游，GaN正在掀起LED驅(qū)動(dòng)電源領(lǐng)域的新浪潮。在此背景下，國(guó)星光電旨在做一顆具備特定功能的GaN開(kāi)關(guān)器件，幫助簡(jiǎn)化開(kāi)關(guān)電路。
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目前，公司已開(kāi)發(fā)出多款基于SIP封裝的GaN-IC產(chǎn)品，并配套開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的GaN驅(qū)動(dòng)方案，可在LED照明驅(qū)動(dòng)電源、LED顯示器驅(qū)動(dòng)電源、墻體插座快充、移動(dòng)排插快充等領(lǐng)域得以應(yīng)用。依托成熟且強(qiáng)有力的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，未來(lái)公司GaN產(chǎn)品將在SIP封裝這條路上走得更遠(yuǎn)，助推LED驅(qū)動(dòng)電源行業(yè)的升級(jí)。
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天科合達(dá)
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在雙碳建設(shè)驅(qū)動(dòng)的能源革命大潮下，新能源汽車、光伏儲(chǔ)能等市場(chǎng)呈現(xiàn)大幅成長(zhǎng)的趨勢(shì)。在綠色生態(tài)鏈中，SiC發(fā)揮著重要作用，也面臨著更為嚴(yán)苛的要求。
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其中，SiC襯底作為價(jià)值最重、工藝難度和門檻最高的環(huán)節(jié)，面臨著較大的挑戰(zhàn)。就成本來(lái)說(shuō)，襯底成本占據(jù)整個(gè)產(chǎn)品制作的50%左右，也因此，8英寸襯底因有效利用率高，有助于產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)，已成為SiC領(lǐng)域的“兵家必爭(zhēng)之地”。
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近年來(lái)，8英寸襯底產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展快車道，國(guó)際器件廠均有重要布局。而我國(guó)在SiC領(lǐng)域推出了許多扶植政策，進(jìn)一步推動(dòng)了國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的自立自強(qiáng)，SiC產(chǎn)業(yè)鏈也因此受益。在此背景下，國(guó)內(nèi)已有約10家企業(yè)在8英寸襯底領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，如天科合達(dá)。
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天科合達(dá)于2022年成功對(duì)外發(fā)布了8英寸襯底，目前各項(xiàng)指標(biāo)均處于行業(yè)領(lǐng)先水平，目前產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)了小批量供貨。產(chǎn)業(yè)布局上，天科合達(dá)的業(yè)務(wù)已涵蓋SiC單晶生長(zhǎng)設(shè)備制造、SiC原料合成、襯底制備和外延生長(zhǎng)。未來(lái)，伴隨著控股公司重投天科項(xiàng)目的投產(chǎn)，天科合達(dá)的產(chǎn)線布局也將更加完整。
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芯聚能
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隨著全球節(jié)能減碳計(jì)劃的推廣、消費(fèi)需求的升級(jí)及汽車電氣化進(jìn)程的提速，車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體需求逐漸攀升，而第三代半導(dǎo)體SiC材料因具備禁帶寬、熱導(dǎo)率、飽和電子漂移速率及抗輻射性能高，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性，近年來(lái)備受青睞。
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在電動(dòng)汽車上，SiC器件的主要應(yīng)用場(chǎng)景包含OBC、車載空調(diào)、主驅(qū)逆變器。鑒于車載要求小體積、輕量化、高效率、高可靠性，OBC應(yīng)用可以較好地呈現(xiàn)出SiC的價(jià)值。
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隨著電動(dòng)汽車架構(gòu)加速邁向800V電壓平臺(tái)，傳統(tǒng)的硅基功率器件方案很難滿足純電車對(duì)能耗的要求，并且電動(dòng)汽車中空調(diào)系統(tǒng)的能耗占比較高，僅次于動(dòng)力能耗，所以SiC MOSFET將成為電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)控制器的首選方案；同時(shí)，SiC MOSFET用在主逆變器中，有助于800V平臺(tái)車型總體效率提高6-8%。
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芯聚能SiC產(chǎn)品在電動(dòng)汽車客戶認(rèn)證進(jìn)度上已實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，2022年車規(guī)級(jí)模塊累計(jì)上車超過(guò)1萬(wàn)塊，累計(jì)交付超過(guò)5萬(wàn)塊。產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同上，芯聚能已與策略伙伴形成了從襯底材料、晶圓和芯片、封裝和模塊到電驅(qū)控制充電系統(tǒng)的垂直聯(lián)動(dòng)，優(yōu)勢(shì)將逐漸凸顯。
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Wolfspeed
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在汽車電氣化、可再生能源發(fā)展及數(shù)字化大潮下，新能源汽車、工業(yè)、軌道交通及通訊基站等高壓高功率應(yīng)用對(duì)功率半導(dǎo)體器件提出了更高的要求，而傳統(tǒng)硅基功率半導(dǎo)體器件的電能變換效率已經(jīng)達(dá)到理論極限，因此，SiC等第三代半導(dǎo)體材料的應(yīng)用潛力逐漸被挖掘。
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相比硅基功率半導(dǎo)體，SiC功率器件能夠?qū)崿F(xiàn)更低的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗，轉(zhuǎn)換效率更高，有利于光伏逆變器、服務(wù)器電源、汽車充電樁等提升系統(tǒng)效率，減少系統(tǒng)體積和重量，節(jié)省系統(tǒng)成本。而隨著800V汽車架構(gòu)平臺(tái)等更高壓應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，更高壓SiC功率器件的需求也逐漸增長(zhǎng)。在此背景下，1200V SiC MOSFET開(kāi)始嶄露頭角。
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Wolfspeed作為SiC功率器件頭部廠商，已推出第三代 SiC MOSFET產(chǎn)品，可提供優(yōu)異的性能和可靠性，能夠充分滿足工業(yè)、能源、汽車等眾多應(yīng)用的要求，賦能新能源領(lǐng)域應(yīng)用的創(chuàng)新和優(yōu)化。目前，其1200V SiC MOSFET產(chǎn)品已拓展了車載充電器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、充電樁、燃料電池、光伏逆變器等應(yīng)用，助力提升系統(tǒng)效率和功率密度，比如，基于Wolfspeed 1200V SiC MOSFET的DC-DC轉(zhuǎn)換器，效率可提升到98.5%。
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爍科晶體
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SiC具備耐高壓、耐高溫、高頻率、大電流、低損耗等特性，在電動(dòng)汽車、充電樁、光伏儲(chǔ)能、軌道交通及智能電網(wǎng)等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。
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然而，SiC目前仍處于初步發(fā)展階段，還有一系列難題亟待解決。其中，SiC單晶的制備一直是全球性技術(shù)難題，比如需要應(yīng)對(duì)點(diǎn)線面體多種缺陷問(wèn)題；而高穩(wěn)定性的晶體生長(zhǎng)工藝是其中最核心的技術(shù)，物理氣相傳輸法則是目前成熟高、可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的SiC單晶生長(zhǎng)方法。
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材料方面，8英寸襯底具有更高的芯片利用面積和更低的成本等優(yōu)勢(shì)，將改變市場(chǎng)格局。目前國(guó)內(nèi)外廠商均在積極布局，國(guó)內(nèi)方面，未來(lái)有望在產(chǎn)業(yè)鏈上下游的深度協(xié)同合作下，加速原材料國(guó)產(chǎn)替代的進(jìn)程。
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作為主力軍之一，爍科晶體擁有覆蓋SiC生長(zhǎng)裝備制造、高純碳化硅粉料制備工藝、SiC單晶襯底制備與加工工藝的自主研發(fā)生產(chǎn)能力，已突破晶體生長(zhǎng)、切割拋光等關(guān)鍵技術(shù)，粉料純度達(dá)到99.9999%，并實(shí)現(xiàn)高純度SiC單晶的商業(yè)化量產(chǎn)，且已成功實(shí)現(xiàn)8英寸SiC單晶研制，攻克了大尺寸籽晶獲得難、晶體生長(zhǎng)面臨的應(yīng)力大及晶體開(kāi)裂等問(wèn)題，產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)和銷售。
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AIXTRON
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化合物半導(dǎo)體技術(shù)正在撬動(dòng)電力電子、光電子、半導(dǎo)體顯示等多元的應(yīng)用市場(chǎng)，未來(lái)幾年，化合物半導(dǎo)體的整體市場(chǎng)規(guī)模都將呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其中，電力電子領(lǐng)域表現(xiàn)尤為強(qiáng)勁，意味著SiC、GaN的需求將迎來(lái)廣闊且快速的增長(zhǎng)，也意味著大規(guī)模量產(chǎn)的需求也更為迫切了。
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SiC、GaN正在和傳統(tǒng)的Si材料激烈地競(jìng)爭(zhēng)，新材料在原有的材料物理特性優(yōu)勢(shì)上，其生產(chǎn)過(guò)程需要滿足和Si半導(dǎo)體工業(yè)匹配的流程，即高度自動(dòng)化和智能化，只有這樣才能滿足終端用戶對(duì)成本和良率的要求。在整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，外延片是承接襯底與芯片的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這一環(huán)涉及的均勻性與缺陷密度是后端器件的良率和成本的關(guān)鍵影響因素，換句話來(lái)說(shuō)，外延環(huán)節(jié)在SiC、GaN量產(chǎn)中扮演著重要的角色，也因此，生產(chǎn)外延片的MOCVD設(shè)備至關(guān)重要。
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AIXTRON愛(ài)思強(qiáng)是SiC/GaN用MOCVD設(shè)備的主要供應(yīng)商。針對(duì)SiC外延，AIXTRON推出了G10-SiC，可以同時(shí)滿足6英寸和8英寸的SiC外延生產(chǎn)。G10-SiC采用了AIXTRON的行星式反應(yīng)技術(shù)，在控制外延膜片內(nèi)均勻性的基礎(chǔ)上體現(xiàn)了多片機(jī)的高產(chǎn)能的優(yōu)勢(shì)。SiC功率器件的生產(chǎn)正在對(duì)自動(dòng)化提出新的要求，G10-SiC實(shí)現(xiàn)了外延過(guò)程透明可見(jiàn)，包括襯底表面溫度，反射率以及曲率，反應(yīng)前驅(qū)物濃度實(shí)時(shí)控制，并采用機(jī)械手自動(dòng)化完成襯底更換甚至設(shè)備耗材的更換。
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G10-SiC實(shí)現(xiàn)了行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的工藝腔體利用率以及單腔生產(chǎn)能力，幫助客戶實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、高產(chǎn)量、高性價(jià)比的外延片，滿足電力電子量產(chǎn)的需求。針對(duì)GaN外延，AIXTRON G5+C設(shè)備同樣滿足6英寸和8英寸的GaN on Si外延生產(chǎn)，搭載C2C自動(dòng)卡匣晶圓傳輸技術(shù)和原位清潔技術(shù)，適用于GaN功率器件以及Micro LED產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。
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泰科天潤(rùn)
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功率半導(dǎo)體器件是構(gòu)成電力電子變換裝置的核心器件。其中，MOSFET因具有易于驅(qū)動(dòng)、開(kāi)關(guān)速度快、損耗低等特點(diǎn)，逐漸成為功率器件的主流產(chǎn)品。
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相比傳統(tǒng)硅功率半導(dǎo)體，SiC MOSFET具有大禁帶寬度、高臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高熱導(dǎo)率三個(gè)最顯著特征，有助高壓、高功率應(yīng)用提升系統(tǒng)效率、降低損耗和成本。
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光伏、儲(chǔ)能、充電樁有量且運(yùn)行環(huán)境惡劣，是SiC器件的跑馬場(chǎng)。而SiC MOSFET工業(yè)級(jí)起步，但仍需遵循硅器件的發(fā)展路徑。
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目前，SiC MOSFET成熟度仍不高，且符合應(yīng)用場(chǎng)景要求的SiC MOSFET需要從多個(gè)維度衡量和測(cè)試。其中，可靠性是入場(chǎng)券，另外還需要具備穩(wěn)定性一致、易用性、性能夠用、價(jià)格友好等特點(diǎn)。除此之外，其背后的材料、設(shè)備、工藝、生產(chǎn)效率、運(yùn)維成本、材料成本、測(cè)試評(píng)價(jià)、產(chǎn)品定義等都是需要考量的因素。
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總的來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)理性看待SiC MOSFET單個(gè)產(chǎn)品乃至整個(gè)SiC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，國(guó)產(chǎn)SiC MOSFET在特性、一致性、可靠性及應(yīng)用驗(yàn)證等方面與國(guó)際領(lǐng)先水平還有明顯的差距，不過(guò)，以穩(wěn)扎穩(wěn)打做好持久戰(zhàn)準(zhǔn)備的態(tài)度，跟上國(guó)際發(fā)展腳步不掉隊(duì)就算是勝利，最終共同助推SiC產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。
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鎵未來(lái)
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近年來(lái)，第三代半導(dǎo)體GaN在PD快充行業(yè)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上，逐漸拓展到通訊、汽車、工業(yè)、數(shù)據(jù)中心電源、光伏儲(chǔ)能等應(yīng)用領(lǐng)域，助力提升系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率和功率密度，降低能耗，賦能綠色地球下的雙碳建設(shè)。
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其中，戶外電源作為一種便攜式儲(chǔ)能產(chǎn)品，在休閑娛樂(lè)、戶外作業(yè)和應(yīng)急救援等方面應(yīng)用廣泛，在能源節(jié)約大潮下將迎來(lái)廣闊的市場(chǎng)需求。
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在戶外電源中，雙向逆變器是核心裝置，而GaN在工作頻率和轉(zhuǎn)換效率等方面的優(yōu)勢(shì)凸顯，已成為雙向逆變器差異化競(jìng)爭(zhēng)的理想選擇，其既符合戶外作業(yè)對(duì)防水防塵的應(yīng)用要求，滿足市場(chǎng)對(duì)無(wú)風(fēng)扇戶外電源設(shè)計(jì)需求，又有助于延長(zhǎng)戶外電源的使用壽命和可靠性，提高充電效率，從而提升整體用戶體驗(yàn)。
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面對(duì)戶外電源的應(yīng)用商機(jī)，鎵未來(lái)自2021年開(kāi)始大力拓展GaN在雙向逆變器的應(yīng)用，重點(diǎn)聚焦戶外電源應(yīng)用場(chǎng)景，并率先推出4kW GaN大功率無(wú)風(fēng)扇雙向逆變器技術(shù)平臺(tái)，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)處于先進(jìn)水平，已成為戶外電源等中大功率應(yīng)用的首選。目前，鎵未來(lái)的GaN系列產(chǎn)品已覆蓋消費(fèi)、工業(yè)及車規(guī)等不同類別的應(yīng)用。
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三菱電機(jī)
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家電、工業(yè)新能源、牽引電力、汽車等應(yīng)用場(chǎng)景中對(duì)低損耗器件有著廣闊的需求，SiC因其耐高壓、耐高溫、高頻率、低損耗等優(yōu)異的特性，正在逐漸滲透上述應(yīng)用市場(chǎng)，但SiC產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期，還面臨著不少技術(shù)難題。
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例如，在SiC功率模塊的應(yīng)用層面，需要特別注意開(kāi)關(guān)速度快、電氣特性時(shí)漂和短路耐量偏小等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題以及家電、工業(yè)、軌道牽引等領(lǐng)域?qū)iC器件和模塊的要求，三菱電機(jī)已開(kāi)發(fā)相應(yīng)的解決方案。
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三菱電機(jī)自1994年投入SiC技術(shù)的研發(fā)，近年來(lái)持續(xù)發(fā)力SiC功率模塊市場(chǎng)，2010年推出世界首款空調(diào)SiC功率模塊，后于2015年成為新干線高鐵全SiC功率模塊的首位供應(yīng)商。目前，三菱電機(jī)已開(kāi)發(fā)第三代低電壓SiC MOSFET (MIT2-MOSTM)，采用基于溝槽柵結(jié)構(gòu)的多離子傾斜注入技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)柵極氧化層的高可靠性。
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另外，采用SBD-Embedded的SiC MOSFET技術(shù)使高壓SiC模塊的長(zhǎng)期可靠性有了進(jìn)一步的提高，并已推出采用此技術(shù)的3.3kV SiC模塊FMF800DC-66BEW。
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現(xiàn)階段，三菱電機(jī)采用不同封裝技術(shù)開(kāi)發(fā)的SiC功率模塊已在變頻空調(diào)、醫(yī)療設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)和軌道牽引等領(lǐng)域得到商業(yè)化應(yīng)用。
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天域半導(dǎo)體
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憑借寬禁帶、高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、高電子飽和漂移速率、高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率等特性，SiC在新能源汽車、光伏儲(chǔ)能、工業(yè)及軌道交通等領(lǐng)域的滲透率逐漸提升，未來(lái)，SiC器件的市場(chǎng)規(guī)模將隨著相關(guān)應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展而進(jìn)一步擴(kuò)大。
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SiC產(chǎn)業(yè)鏈主要分為襯底制備、外延生長(zhǎng)、器件制造、模塊封測(cè)和系統(tǒng)應(yīng)用等環(huán)節(jié)，其中，外延作為承上啟下的重要環(huán)節(jié)，對(duì)器件的可靠性有著關(guān)鍵的影響，也因此，外延設(shè)備也發(fā)揮著重要的作用。CVD化學(xué)氣相沉積法是目前主流的SiC外延制備方法，分為垂直、水平和行星式三種生長(zhǎng)系統(tǒng)，很大程度上決定著外延片的波長(zhǎng)均勻性和缺陷密度水平，最終影響器件的良率和成本。
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天域半導(dǎo)體是國(guó)內(nèi)最早實(shí)現(xiàn)SiC外延片產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，現(xiàn)擁有3個(gè)運(yùn)營(yíng)基地，已實(shí)現(xiàn)全球化的布局，是我國(guó)SiC領(lǐng)域少數(shù)具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)之一。目前，天域半導(dǎo)體正在持續(xù)擴(kuò)建產(chǎn)線并加大研發(fā)投入，目標(biāo)是不斷優(yōu)化外延工藝，提升SiC外延層的質(zhì)量，研發(fā)大尺寸、厚SiC外延片。
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集邦咨詢
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在汽車、工業(yè)等下游應(yīng)用市場(chǎng)的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)下，化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)已轉(zhuǎn)向SiC/GaN功率元件。
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隨著Infineon、ON Semi等與汽車、能源業(yè)者合作項(xiàng)目明朗化，將推動(dòng)2023年整體SiC功率元件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)22.8億美元，至2026年可望達(dá)53.3億美元。
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目前SiC功率元件市場(chǎng)仍然由國(guó)際IDM廠商主導(dǎo)，這些廠商正在積極投資8英寸產(chǎn)線。同時(shí)，為了迎接下游市場(chǎng)的爆發(fā)，全球SiC襯底產(chǎn)能亦在快速提升。對(duì)于關(guān)鍵的汽車市場(chǎng)而言，800V汽車系統(tǒng)于BEV正在加速滲透，十分有利于車用SiC市場(chǎng)進(jìn)一步發(fā)展。
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GaN功率元件市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力則來(lái)源于消費(fèi)電子，特別是快速充電器。同時(shí)，許多廠商早已將目光轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)中心、可再生能源等工業(yè)及汽車市場(chǎng)，這些領(lǐng)域蘊(yùn)含著巨大的滲透機(jī)會(huì)，是未來(lái)GaN功率元件的重點(diǎn)應(yīng)用方向。
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