作者：泰羅，編輯：小市妹

5月10日，半導(dǎo)體板塊迎來(lái)久違的反彈，立昂微、愛(ài)旭股份漲停，卓勝微、芯源微、北方華創(chuàng)、思瑞浦等公司漲幅居前。

而這一半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上的環(huán)節(jié)，正在發(fā)生著劇變。

價(jià)格維持不變，集成電路上可容納的元件數(shù)目大約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將同步提升一倍。

過(guò)去幾十年，芯片產(chǎn)業(yè)的進(jìn)階嚴(yán)格遵循這一人為約定，但當(dāng)臺(tái)積電宣布突破1nm制程的時(shí)候，摩爾定律在理論上已經(jīng)走進(jìn)了死胡同。若要延續(xù)這一趨勢(shì)，必須在底層材料上形成突破。

發(fā)展至今，半導(dǎo)體材料已歷經(jīng)多次迭代。

第一代半導(dǎo)體材料主要是硅和鍺，上世紀(jì)60年代之后，硅基半導(dǎo)體逐漸成為主流，直到現(xiàn)在依然是應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料，全球95%以上的芯片是以硅片為基礎(chǔ)材料制成的。

第二半導(dǎo)體材料的代表是砷化鎵，可以制造更高頻、高速的集成電路，但以目前的需求來(lái)看，砷化鎵材料的禁帶寬度依然較小。

第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)時(shí)代而生，以碳化硅、氮化鎵為代表的材料可以制備耐高壓、高頻的功率器件，其中碳化硅是綜合性能最好、商品化程度最高、技術(shù)最成熟的第三代半導(dǎo)體材料。

碳化硅并非原有技術(shù)的漸進(jìn)改良，而是一次跳躍式升級(jí)。

相同規(guī)格下，碳化硅基MOSFET的尺寸只有硅基MOSFET的1/10，導(dǎo)通電阻是后者的1/100。與硅基IGBT，碳化硅基MOSFET的總能量損耗可降低70%。

碳化硅的性能優(yōu)勢(shì)在各個(gè)新能源產(chǎn)業(yè)中體現(xiàn)的淋漓盡致。

應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，可提高效率20%。

應(yīng)用在光伏逆變器，可將轉(zhuǎn)換效率從96%提升至99%以上，并且降低能量損耗超50%，提升設(shè)備循環(huán)壽命50倍。

最重要的是在新能源車上的應(yīng)用。

2016年，在成本控制上近乎“變態(tài)”的特斯拉一反常態(tài)，率先在Model3的主逆變器上安了24個(gè)由意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的碳化硅MOSFET功率模塊。要知道，當(dāng)時(shí)碳化硅功率器件的價(jià)格是同等硅器件的十倍。

后來(lái)的事實(shí)證明，馬斯克的眼光還是一如既往的犀利。

根據(jù)福特汽車的測(cè)算，相比于傳統(tǒng)硅芯片，由碳化硅制成芯片驅(qū)動(dòng)的新能源汽車，能量損耗大約降低5倍左右。到目前為止，純電動(dòng)汽車中已有超40%以上采用SiC技術(shù)，自主品牌中第一個(gè)吃螃蟹的是比亞迪。

使用自主研發(fā)制造的SiCMOSFET控制模塊后，比亞迪漢EV車型的性能在去年明顯提升，功率達(dá)到363Kw，實(shí)現(xiàn)百公里加速3.9s，續(xù)航里程延長(zhǎng)至605公里。

不只是新能源產(chǎn)業(yè)，碳化硅在家電、通訊、航空、高鐵、工業(yè)電機(jī)等領(lǐng)域均有

重大作用，但直到現(xiàn)在，碳化硅的普及程度依然很低。

根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2021年，第三代半導(dǎo)體基功率器件的市場(chǎng)占比只有約6%，其中SiC基功率器件占比5%左右，市場(chǎng)規(guī)模大約8.5億美元。

性能好，但滲透率低，原因只有一個(gè)：貴。

CASA的數(shù)據(jù)顯示，2020年，650V的SiCMOSFET與SiIGBT的價(jià)格比大約是4:1，SiC逆變器模塊是硅基逆變器價(jià)格的2-3倍。

新能源產(chǎn)業(yè)附加值高，成本承受能力強(qiáng)，所以率先導(dǎo)入了第三代半導(dǎo)體材料，但很多行業(yè)價(jià)格敏感性高，只能等待成本的進(jìn)一步下降。

對(duì)于任何一項(xiàng)新技術(shù)，成本都是左右產(chǎn)業(yè)化的核心變量。于碳化硅而言，碳粉提純難度高、晶體生長(zhǎng)緩慢、晶體切割速度慢等因素共同決定著成本剛性。

首先，高質(zhì)量SiC晶體的基礎(chǔ)是要有高純度的碳粉，但提純過(guò)程對(duì)工藝要求極高，合成也需要時(shí)間摸索。

?其次，碳化硅晶體的生長(zhǎng)速度非常慢。碳化硅7天才能生長(zhǎng)2cm左右，作為對(duì)比，2-3天就能拉出約2m長(zhǎng)的8英寸硅棒。

最后，由于碳化硅硬度高，不僅切割耗時(shí)長(zhǎng)，而且良率低。一般來(lái)說(shuō)，硅片的切割只需幾小時(shí)，而碳化硅片則要上百小時(shí)。

技術(shù)降成本是一場(chǎng)持久戰(zhàn)，這就注定了碳化硅的滲透是一個(gè)漸進(jìn)式的過(guò)程，但隨著襯底尺寸的抬升，規(guī)模效應(yīng)給成本下降帶來(lái)了極大改觀。

碳化硅的襯底尺寸主要包括2英寸（50mm）、3英寸（75mm）、4英寸（100mm）、6英寸（150mm）、8英寸（200mm）等規(guī)格。尺寸越大，單位襯底可制造的芯片數(shù)量越多，邊緣的浪費(fèi)也越小，均攤到單位芯片的成本就越低。

晶圓從6英寸提升到8英寸，芯片數(shù)量將從488增至845個(gè)，邊緣浪費(fèi)則由14%減至7%。

碳化硅主要分為半絕緣型和導(dǎo)電型，目前半絕緣型產(chǎn)品的主流襯底規(guī)格為4英寸，正在向6英寸邁進(jìn)，導(dǎo)電型產(chǎn)品的主流襯底規(guī)格為6英寸，正在尋求向8英寸演進(jìn)。

伴隨技術(shù)的不斷成熟和進(jìn)步，碳化硅基的產(chǎn)品價(jià)格在過(guò)去多年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大幅下滑。

上文提到650V的SiCMOSFET與SiIGBT的價(jià)格比大約是4:1，而在2018年，這一數(shù)字高達(dá)10:1。

業(yè)內(nèi)給出的預(yù)估是，未來(lái)碳化硅器件的成本大約以每年10%左右的價(jià)格下降，這一過(guò)程勢(shì)必會(huì)伴隨更多消費(fèi)場(chǎng)景的解鎖。根據(jù)Yole的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，到2025年，碳化硅器件將增長(zhǎng)至25.62億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)30%。

一步慢，步步跟不上。

第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，美、日、歐搶跑，中國(guó)依然處在落后的位置。

與硅基功率半導(dǎo)體類似，碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈也包含襯底、外延、器件及模塊和應(yīng)用等環(huán)節(jié)，區(qū)別在于各環(huán)節(jié)價(jià)值量倒掛。

硅基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中晶圓成本是大頭（約占50%），而碳化硅的附加值集中在上游襯底（成本占比約47%）。所以，碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的實(shí)控權(quán)其實(shí)掌握在襯底供應(yīng)商手中。

       全球范圍，Wolfspeed在襯底環(huán)節(jié)是絕對(duì)的霸主，市占率高達(dá)62%，II-VI位列其次，但只分了14%的蛋糕。根據(jù)Wolfspeed的規(guī)劃，公司將在2024年前將產(chǎn)能擴(kuò)充30倍，所以襯底環(huán)節(jié)一家獨(dú)大的局面恐怕還要持續(xù)下去。

本土頭部參與者主要是山東天岳和天科合達(dá)。

天科合達(dá)是國(guó)內(nèi)第一個(gè)起跑的企業(yè)，建立了國(guó)內(nèi)第一條碳化硅晶片中試生產(chǎn)線，并且率先研制出6英寸碳化硅晶片。但僅就目前的實(shí)力來(lái)說(shuō)，山東天岳更勝一籌，特別是在半絕緣襯底領(lǐng)域。

數(shù)據(jù)顯示，2020年，山東天岳在半絕緣襯底領(lǐng)域的市占率約為30%，相較于2019年的18%有一個(gè)顯著的提升。根據(jù)公司最新的發(fā)展規(guī)劃，已經(jīng)決定投資投資25億元向?qū)щ娦吞蓟枰r底擴(kuò)張，到2026年實(shí)現(xiàn)30萬(wàn)片/年的產(chǎn)能規(guī)模，屆時(shí)在這一領(lǐng)域的全球市占率有望達(dá)到15%左右。

對(duì)于本土企業(yè)而言，規(guī)模擴(kuò)張還在其次，最重要的是突破技術(shù)瓶頸，目前最先進(jìn)的8英寸襯底依然僅掌握在Wolfspeed、II-VI和意法半導(dǎo)體等少數(shù)外資手中。

外延環(huán)節(jié)，鳳凰光學(xué)可能是未來(lái)“全村唯一的希望”。

此前在不到兩個(gè)月的時(shí)間里最多漲了近3倍，期間連續(xù)收獲了11個(gè)一字板漲停。

如此反常，根源來(lái)自鳳凰光學(xué)對(duì)普興電子和國(guó)盛電子的并購(gòu)。

國(guó)盛電子手里掌握著8英寸硅外延工藝和技術(shù)，打破了發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)壟斷，可以能夠滿足0.09-0.18μm功率器件的制造需求。普興電子是國(guó)內(nèi)率先穩(wěn)定量產(chǎn)8英寸硅外延材料的企業(yè)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化的空白。

鳳凰光學(xué)拿下這兩家公司，相當(dāng)于控制了國(guó)內(nèi)最大的外延片產(chǎn)能，同時(shí)也成為未來(lái)最有希望起勢(shì)的本土碳化硅外延片生產(chǎn)商。這樣看來(lái)，股價(jià)妖魔化也自在情理之中。

器件端基本全是外資的天下，根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2020年，ST、Wolfspeed、ROHM、Infineon、Onsemi的市占率分別為40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%，CR5吃掉了超90%的市場(chǎng)。

       國(guó)內(nèi)玩家包含了比亞迪半導(dǎo)體、斯達(dá)半導(dǎo)體、中車時(shí)代電氣、華潤(rùn)微、三安光電等一眾企業(yè)。

作為比亞迪的子公司，比亞迪半導(dǎo)體是全球第二、中國(guó)最大的車規(guī)級(jí)IGBT廠商。在碳化硅器件領(lǐng)域，公司是全球首家也是國(guó)內(nèi)唯一實(shí)現(xiàn)SiC三相全橋模塊在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器中大批量裝車的企業(yè)。按照業(yè)內(nèi)的預(yù)估，2023年，比亞迪或?qū)⑵煜滤须妱?dòng)車全部實(shí)現(xiàn)碳化硅基替代，屆時(shí)比亞迪半導(dǎo)體將拿到大量訂單。

作為中國(guó)中車旗下的公司，中車時(shí)代電氣的身份與比亞迪類似，背后都有整車廠站臺(tái)，在產(chǎn)品導(dǎo)入上有先天優(yōu)勢(shì)。目前中車時(shí)代電氣已經(jīng)建有6英寸碳化硅產(chǎn)業(yè)化基地，掌握芯片、模塊、組件及應(yīng)用的全套自主技術(shù)。

華潤(rùn)微擁有芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試等全產(chǎn)業(yè)鏈一體化能力，是國(guó)內(nèi)的IDM龍頭公司。最近一段時(shí)間，華潤(rùn)微相繼發(fā)布了SiCJBS第二代產(chǎn)品和1200VSiCMOSFET產(chǎn)品。公司在互動(dòng)平臺(tái)上透露，最新的SiCMOS產(chǎn)品性能已經(jīng)可以對(duì)標(biāo)國(guó)際一線品牌。

2018年貿(mào)易戰(zhàn)之后，國(guó)內(nèi)在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的布局明顯加快了速度，去年一共有24筆投資擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目落地，投資額近700億元，同比2019年增長(zhǎng)了160%。

雖暫時(shí)落后，但產(chǎn)業(yè)尚未成熟固化，仍有追趕的可能，背靠強(qiáng)大的內(nèi)需市場(chǎng)，“以戰(zhàn)養(yǎng)戰(zhàn)”，不斷向上迭代，相信國(guó)內(nèi)外企業(yè)的差距勢(shì)必會(huì)不斷縮小。

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