碳化硅（SiC）具有高頻、高效、高功率密度、耐高溫、高壓的性能特點(diǎn)，主要應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通、光伏發(fā)電和工業(yè)電源領(lǐng)域。
以新能源汽車為例，當(dāng)下采用Si IGBT技術(shù)的功率模塊仍在新能源汽車中占據(jù)主導(dǎo)地位，但硅基功率器件經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展已經(jīng)接近材料極限，性能上很難更進(jìn)一步。相較之下，碳化硅替代硅應(yīng)用于新能源汽車，可大幅提升汽車的性能并優(yōu)化整車架構(gòu)，使新能源汽車兼具低成本、長續(xù)航等優(yōu)勢。
而新能源汽車也正成為碳化硅市場的一大推動(dòng)力量。TrendForce集邦咨詢指出，目前，光伏儲(chǔ)能為中國SiC市場最大應(yīng)用場景，而汽車市場作為未來發(fā)展主軸，其市場份額有望逐漸超越光伏儲(chǔ)能，并在2026年攀升至60.1%。
應(yīng)用端給力，供給端便需要發(fā)力。碳化硅企業(yè)頻頻加大馬力、擴(kuò)產(chǎn)上量。
碳化硅擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)行時(shí)
據(jù)集邦化合物半導(dǎo)體不完全統(tǒng)計(jì)，2023年國內(nèi)共有近40項(xiàng)SiC相關(guān)擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目啟動(dòng)，累計(jì)投入近900億元。
其中，襯底是碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中價(jià)值量較高的環(huán)節(jié)，技術(shù)難度大、成本高昂，是碳化硅器件降本的關(guān)鍵。2023年，多個(gè)涉及襯底及外延環(huán)節(jié)的項(xiàng)目取得新進(jìn)展，包括簽約落地、新建產(chǎn)線、產(chǎn)能爬坡等。
在襯底和外延的這場熱潮中，誰將最終成為巨頭猶未可知，但設(shè)備作為碳化硅產(chǎn)業(yè)的“賣鏟人”，是解決成本和可靠性難題所不能忽視的一環(huán)，其需求量必將猛增。換言之，襯底/外延設(shè)備企業(yè)，當(dāng)下正處于發(fā)展的好時(shí)機(jī)。
襯底設(shè)備：長晶爐高度國產(chǎn)化，切磨拋設(shè)備仍以進(jìn)口為主
碳化硅的產(chǎn)業(yè)鏈分為上游襯底/外延環(huán)節(jié)、中游器件環(huán)節(jié)以及下游的應(yīng)用端。
就生產(chǎn)流程而言，碳化硅粉末需要經(jīng)過長晶形成晶碇，再經(jīng)過切片、打磨和拋光等一系列步驟方可制成碳化硅襯底；襯底通過外延生長形成外延片；外延片再經(jīng)過光刻、刻蝕、離子注入、沉積等工序制造成器件。整個(gè)流程所涉及的設(shè)備多達(dá)數(shù)十種。其中，襯底片制備流程所需設(shè)備及代表廠商如下：
長晶爐：基本完成國產(chǎn)設(shè)備替代
晶體生長所需的溫度在2,000℃以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)硅片制備所需的溫度，需要精確調(diào)控生長溫度和壓力，才能保證晶體生長品質(zhì)。
在供應(yīng)環(huán)節(jié)，由于設(shè)備認(rèn)證周期較長、廠商更換成本高、穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)等因素，國產(chǎn)供應(yīng)商尚未向國際主流碳化硅廠商實(shí)現(xiàn)設(shè)備供應(yīng)。其中，Wolfspeed、Coherent、羅姆等國際主要碳化硅廠商使用的晶體生長設(shè)備主要為自行研發(fā)生產(chǎn)，其他國際主流碳化硅襯底廠商則主要向德國PVA TePla、日本日新技研株式會(huì)社等購買長晶設(shè)備。
而國內(nèi)碳化硅長晶設(shè)備廠商已具備相對(duì)成熟的技術(shù)能力及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可滿足碳化硅襯底廠商的發(fā)展需要。目前，國內(nèi)碳化硅長晶設(shè)備主要市場份額已由國內(nèi)廠商占據(jù)，具體為：
此外，天科合達(dá)、晶盛機(jī)電、同光股份、爍科晶體等企業(yè)也已成功研發(fā)了碳化硅晶體生長設(shè)備，但主要用于自身碳化硅襯底的生產(chǎn)制造，而非對(duì)外銷售。
切磨拋設(shè)備：國際企業(yè)為主，國產(chǎn)企業(yè)加速
切磨拋屬于碳化硅加工環(huán)節(jié)，目前以國際廠商為主，龍頭包括高鳥、Disco，而國產(chǎn)企業(yè)正加速追趕，助力行業(yè)實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)化。
碳化硅的切磨拋既直接關(guān)系到襯底加工的效率和產(chǎn)品良率，又能間接降低國產(chǎn)廠商的生產(chǎn)成本，進(jìn)而對(duì)碳化硅的市場推廣產(chǎn)生積極影響。從技術(shù)路線上來說，國內(nèi)外切磨拋環(huán)節(jié)的差距不大，但在設(shè)備的精度和穩(wěn)定性上，國產(chǎn)設(shè)備仍需持續(xù)發(fā)力，以進(jìn)一步提高市場競爭力。
外延設(shè)備：國產(chǎn)設(shè)備加速追趕
外延層對(duì)后續(xù)芯片器件產(chǎn)品的質(zhì)量和良率至關(guān)重要。目前，碳化硅外延工藝主要有化學(xué)氣相沉積（CVD）、液相外延生長（LPE）和分子束外延生長（MBE）。其中，CVD是目前工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛和成熟的方法。
目前，市場主要被德國的AIXTRON SE、意大利的LPE、日本的TEL和Nuflare四大廠商占據(jù)。然而，受限于產(chǎn)能因素，這四大廠商的設(shè)備主要供給國際巨頭，如Wolfspeed、Coherent、英飛凌、羅姆等巨頭，這便成為國產(chǎn)外延設(shè)備發(fā)展的契機(jī)。北方華創(chuàng)、晶盛機(jī)電、納設(shè)智能等，均已推出成熟的外延設(shè)備。
展望：碳化硅襯底/外延設(shè)備市場迎變局
當(dāng)下，碳化硅市場正在從6英寸向8英寸迭代。國際巨頭們憑借先發(fā)優(yōu)勢，暫時(shí)在產(chǎn)能、良率、市場地位上領(lǐng)先，其中，Wolfspeed、意法半導(dǎo)體、羅姆等，已逐步進(jìn)入8英寸襯底小批量生產(chǎn)。而國內(nèi)企業(yè)也不遑多讓，在2023年更是突飛猛進(jìn)，目前爍科晶體、天科合達(dá)、合盛硅業(yè)、三安光電、同光股份、天岳先進(jìn)、超芯星、南砂晶圓等企業(yè)的8英寸碳化硅襯底產(chǎn)品，均已達(dá)到小規(guī)模量產(chǎn)或驗(yàn)證階段。
這種變化對(duì)碳化硅設(shè)備提出了更高的要求，“后浪”與“前浪”共同在成本、技術(shù)、市場等方面進(jìn)行綜合較量；同時(shí)，設(shè)備的技術(shù)路線仍乾坤未定，設(shè)備市場的競爭格局將變得更為復(fù)雜。
生產(chǎn)設(shè)備決定產(chǎn)能上限，國產(chǎn)設(shè)備決定供應(yīng)鏈安全。碳化硅產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)的發(fā)展，繞不開國產(chǎn)設(shè)備企業(yè)的發(fā)力。而誰能率先獲得突破，誰就有望在未來的碳化硅市場獲得更高的市場地位，碳化硅設(shè)備企業(yè)也將得到重新排序評(píng)估。（文：集邦化合物半導(dǎo)體 Winter）
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