国内外碳化硅生产企业及市场格局介绍

  宽禁带（Eg2.2eV）半导体材料被称为第三代半导体材料。以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料具备较宽的禁带宽度、高电子饱和漂移速度、高热导率以及良好的抗辐射特性等特点，能够大幅度的提高电子器件的频率、功率特性，降低功率转换损耗，在军用电子、无线通信、电力电子、航空航天等领域有很广泛的应用前景。氮化镓因为生长速率慢，反应副产物多，生产的基本工艺复杂，大尺寸单晶生长困难，目前氮化镓单晶生长尺寸在2英寸和4英寸，相比碳化硅难度更高。因此第三代半导体目前普遍采用碳化硅作为衬底材料，在高压和高可靠性领域选择碳化硅外延，在高频领域选择氮化镓外延。为了方便读者了解碳化硅单晶和外延材料的发展状况，笔者梳理了近年来国内外的主要碳化硅企业的市场、技术及布局概况，以便参考。

  根据半导体时代产业数据中心多个方面数据显示：2020上半年全球半导体SiC晶片市场占有率，美国CREE出货量占据全球45％，日本罗姆子公司SiCrystal 占据20％，II—VI占13％。中国企业天科合达的市场占有率由2019年3％上升至2020年上半年的5.3％，山东天岳占比为2.6％。据半导体时代产业数据中心，2020年中国碳化硅晶片在半导体领域的出货量13万片，仅占全球8.67%,预测2025年出货量80万片，2020—2025年复合增长率为43.8%，远高于全球27.2%复合增长率，中国出货量占有半上升至16%。

  科锐（CREE）成立于1987年，是美国上市公司，为全球LED外延、芯片、封装、LED照明解决方案、化合物半导体材料、功率器件和射频于一体的著名制造商和行业领先者。Cree的市场优势来源于碳化硅（SiC)材料，其SiC材料在衬底和外延领域都有着绝对的领军优势，市占率在50%左右。近两年更是“一片难求”。对于下游的器件厂家而言，保障供应最好的方式，就是和Cree签订长期供货协议。

  2019年，Cree宣布投资10亿美金用来扩大SiC的产能，包括整合一座8英寸晶圆厂（4.5亿美金投资用于North Fab，增建工厂和产能）和一座8英寸SiC材料工厂（4.5亿美金用于mega factory，剩下的1亿美金用于SiC别的业务的相关投入），将其SiC材料和晶圆制造的能力扩张30倍。Cree判断目前已达到了采用电动汽车和采用碳化硅的转折点——汽车制造商已宣布计划在电气化项目上花费至少3000亿美元，他们对碳化硅的兴趣非常高。2019年9月，Cree与德尔福科技宣布开展汽车碳化硅器件合作；2020年12月，Cree成为大众汽车集团FAST（未来汽车供应链）项目碳化硅独家合作伙伴。

  II—VI是一家生产单晶体碳化硅衬底和采用化学气相沉积法生长的多晶体金刚石材料的美国供应商,2015年在瑞士斯德哥尔摩举办的化合物复合半导体制造科技会议上发布了世界上首款200mm的碳化硅圆片。II-VI在其2019年Q3的电线年基于SiC的电力电子设备（包括用于电动车辆应用）增长了70％。整个SiC的应用市场正在加强，特别是在中国。在资产金额的投入方面，2019财年其很大一部分的资本投入，都是用于SiC。2020年，II-VI表示将收购Ascatron与INNOViON，Ascatron在SiC与半导体行业拥有悠久历史经验，生产SiC外延晶片和器件，可用在所有高压电力电子应用。INNOViON则是世界上最大的离子注入服务提供商，在全世界内拥有30个注入器，支持最大300mm晶圆解决能力。Ascatron和INNOViON的技术平台补充了II-VI的SiC衬底，结合这些功能，以实现世界上最先进的垂直集成150mm SiC技术平台。2021年2月，II-VI 宣布推出最新级别的反应烧结（reaction-bonded）碳化硅陶瓷材料，适用于IGBT等功率电子。据介绍，在25°C时，II-VI新型材料的导热率可达到255W/m-K。II-VI公司认为，这比其他任何竞争产品都至少高出25％，从而使得功率模块可以有明显效果地地散热，而且其他性能也非常出色。

  日本罗姆半导体（ROHM）是日本首家、全球第四家具备SiC器件量产能力的半导体厂商，其优点是实现从衬底到模块的垂直整合。ROHM于2010年开始量产SiC MOSFET，2012年开始供应符合AEC- Q101 标准的车载级产品，2020年ROHM推出的“1200V第四代 SiC MOSFET”通过大幅度减少寄生电容来降低约50％的开关损耗，兼具了低导通电阻和高速开关性能，适用于包括主机逆变器在内的汽车动力总成系统和工业设施的电源。ROHM专注于汽车和工业市场。截至2017财年，汽车和工业的销售已经占到总销售额的44％，依据公司业绩说明会，预计2020年更将达到50％，其中汽车占35％，工业占15％。公司预计汽车、工业方面将分别实现年均增长11％、13％（2017年3月—2021年3月）。

  根据Yole的统计，Infineon和Cree两家公司占据了整个SiC市场占有率68％，其后便是ROHM。为了把握SiC材料迅速增加的机遇，根据公开业绩说明会，公司计划分批投入共计600亿日币，至2025年时将SiC的产能提升至2017年的16倍。力争到2025年，ROHM能在全球SiC市场的份额达到30％。

  日本SiC外延的领导厂商昭和电工近两年也动作频密，在连续4次宣布扩张其SiC外延产能后，其SiC外延产能从最初的1500片/月提升至2019年Q1的9000片/月。2020年，昭和电工宣布丰田集团旗下主要生产汽车空调、点火、燃油喷射等系统的DENSO（电装）公司将采用公司的碳化硅外延片，用于燃料电池电动车的下一代增压动力模块制造。2021年5月，英飞凌宣布，为提高碳化硅的供应安全，已和日本晶圆制造商昭和电工签订供应契约，供应包括磊晶在内的各种碳化硅材料（SiC），英飞凌因此可获得更加多基材，以满足对 SiC 型产品日益渐增的需求。

  北京天科合达半导体股份有限公司于2006年9月由新疆天富集团、中国科学院物理研究所共同设立，是一家专门干第三代半导体碳化硅（SiC）晶片研发、生产和销售的高新技术企业。总部公司设在北京市大兴区生物医药基地，拥有一个研发中心和一个集晶体生长-晶体加工-晶片加工-清洗检测的全套碳化硅晶片生产基地；全资子公司—新疆天科合达蓝光半导体有限公司位于新疆石河子市，主要进行碳化硅晶体生长。

  天科合达先后承担了线圈内置式大尺寸SiC单晶炉研发、大尺寸SiC材料与器件的制造设备与工艺技术的研究等多项国家02专项和国家863计划等项目，并牵头起草了国内唯一一项规范SiC晶片产品质量发展要求的国家标准和多项晶片检测国家标准等。该公司招股书申报稿显示公司目前拥有34项专利，其中国内发明专利27项，国际发明专利6项，拥有PVT碳化硅单晶生长炉制造技术、高纯度碳化硅生长原料合成技术等六大核心技术。产品方面天科合达基本的产品为SiC晶片、其他SiC产品和SiC单晶生长炉，其中SiC核心产品是SiC晶片，其他还包括SiC籽晶、SiC晶体等。

  2014年，天科合达成为国内首家研制成功6英寸碳化硅晶片的公司，成为这一细分赛道龙头，2020年1月启动了8英寸晶片研发工作。天科合达目前已能供应2-6英寸的单晶衬底。近日，天富能源（600509.SH）公告称，拟收购控制股权的人天富集团持有的北京天科合达半导体股份有限公司（以下简称天科合达）1000万股份，约占天科合达总股本的4.63%。此次交易，天富能源将以每股25元的价格收购对应股份，交易总额为2.5亿元。

  山东天岳先进科技股份有限公司成立于2010年11月，是一家国内领先的宽禁带（第三代）半导体衬底材料生产商，主要是做碳化硅衬底的研发、生产和销售，产品可大范围的应用于电力电子、微波电子、光电子等领域。目前，公司基本的产品覆盖半绝缘型和导电型碳化硅衬底，已供应至国内碳化硅半导体行业的下游核心客户，同时已被部分国外半导体公司使用。2020年12月，山东天岳公司宣布首次公开发行股票并上市接受辅导。

  河北同光晶体有限公司成立于2012年，位于保定市高新技术开发区，主要是做第三代半导体材料碳化硅衬底的研发和生产。公司基本的产品包括4英寸和6英寸导电型、半绝缘碳化硅衬底，其中4英寸衬底已达到世界领先水平。同光晶体先后承担国家863计划、国家重点研发计划、国家技术改造工程等重大国家专项，承担省级研究课题10余项，拥有专利70余项，其中发明专利17项。

  2020年，同光晶体年产 10 万片直径 4-6 英寸碳化硅单晶衬底项目落户涞源。 目前，同光晶体已拥有自主研发设计的单晶生长炉200余台（套），今年同光晶体将筹划推进下一个2000台单晶生长炉厂区建设，预计2022年一期项目600台投产运行，在2025年完成全部设备投资，力争成为全世界重要的碳化硅单晶衬底供应商，引领第三代半导体产业发展。

  中科钢研是由国务院国资委于2016年批复成立的新型央企控股混合所有制企业。未来3到5年时间，中科钢研将与其战略合作伙伴联合创设的国宏中宇科技发展有限公司（下称“国宏中宇”）建设成以上海总部基地为核心，拥有国内外多个碳化硅晶体材料、碳化硅微粉、碳化硅电子电力芯片生产基地，以碳化硅半导体材料为代表，聚集第三代半导体材料及其应用技术与产品的企业集团。

  近日，山东莱西中科钢研碳化硅集成电路产业园项目传来新进展。据报道，该项目总投资10亿元，占地83亩，建筑面积5.5万平方米，基本的产品为4英寸、6英寸碳化硅晶体衬底片，预计年内投产。该项目全部达产后，预计可实现年产5万片4英寸碳化硅晶体衬底片、5000片4英寸高纯度半绝缘型碳化硅晶体衬底片。

  中电科半导体材料有限公司于2019年03月28日成立，中电科半导体材料公司旗下的山西烁科晶体有限公司的保障部经理周立平介绍：“碳化硅产业基地一期的300台单晶生产设备，具备年产7.5万片碳化硅单晶衬底的产能，年收入在3亿元以上。项目建成后，将具备年产10万片4-6英寸N型碳化硅单晶晶片、5万片4-6英寸高纯半绝缘型碳化硅单晶晶片的生产能力，年产值可达10亿元。”

  南砂晶圆公司是一家聚焦第三代半导体碳化硅单晶材料和相关衬底片、外延片的高新技术企业。该公司由原深圳第三代半导体研究院副院长王垚浩博士牵头，引入由山东大学徐现刚教授作为带头人，开展第三代半导体材料——碳化硅单晶材料的研发、中试和后续量产等工作。2020年7月该公司签约广州南沙区，该项目将扩大晶体生长和加工规模，并增加外延片加工生产线，达产后年产各类衬底片和外延片共20万片，年产值将达13.5亿元。2021年4月10日，广州南砂晶圆半导体技术有限公司项目举行了项目启动会暨开工仪式。

  瀚天天成电子科技（厦门）有限公司成立于2011年3月，是一家集研发、生产、销售碳化硅外延晶片的中美合资高新技术企业，已形成3英寸、4英寸以及6英寸的完整碳化硅半导体外延晶片生产线V器件制作的需求。