中國粉體網訊 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系統中導入碳化硅（SiC）技術，預估2022年車用碳化硅功率器件的市場規模將達到10.7億美元，2026年攀升至39.4億美元。與此同時，碳化硅產業仍面臨襯底生長速度緩慢、良率低、制備條件嚴苛等問題，或將成為市場爆發的瓶頸。
高壓快充加速碳化硅上車
新能源電動車是碳化硅應用中最主要的市場，也是該產業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，國內車企比亞迪、蔚來等陸續宣布將采用碳化硅方案，比亞迪、現代等甚至啟動芯片自研計劃，開始從碳化硅產業鏈角度著手布局。
集邦咨詢指出，隨著越來越多的車企開始在電驅系統中導入碳化硅技術，預估2022年車用碳化硅功率器件市場規模將達到10.7億美元，至2026年將攀升至39.4億美元。YoleDéveloppement數據，受汽車市場以及工業、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，以致于未來數年中車用碳化硅器件有望出現爆發式增長，一個重要因素是，業界看好800V高壓驅動平臺在新能源汽車應用中所展現出的良好用戶體驗。安森美在其發布的技術資料中指出，碳化硅器件所具有的獨特優勢將改變電動車的未來，如在關鍵的主驅逆變器中采用碳化硅可滿足更高功率和更低的能效、更遠續航、更小損耗和更低的重量，以及向800V遷移的趨勢中更能發揮它的優勢。
長期以來，續航里程和充電速度是困擾新能源汽車市場發展的兩個短板。400V電池是當前主流，如果采用800V高壓驅動平臺，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駛里程。資料顯示，小鵬G9采用800V高壓SiC平臺，相比400V平臺續航提升了5%，可實現超充5分鐘，續航超過200km的能力。
而采用800V平臺，高壓快充涉及車內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、高頻等優勢的SiC器件，無疑成為最佳的替代方案。
產業鏈快速走向成熟
隨著碳化硅市場的擴大，相關產業鏈正在迅速走向成熟。日前，全球最大的碳化硅供應商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新廠，希望在未來五年內將產能提高5倍。東芝計劃到2024年將碳化硅產量提高3倍。從國內市場來看，碳化硅襯底供應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6英寸導電型碳化硅襯底材料，項目計劃于2026年達產，達產后將新增導電型碳化硅襯底年產能30萬片。同時，該公司的導電型襯底獲得IATF16949車規體系認證。露笑科技也在近日披露，公司已經到位280臺長晶爐，預計年底可實現5000片/月的產能。
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理陳昭亮指出，由于碳化硅襯底生產效率低，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。基本半導體總經理和巍巍表示，因為SiC襯底生產比較困難，包括碳粉硅粉合成、晶體生長、晶錠加工等好多細的步驟。核心的參數涉及直徑、雜質、均勻性、彎曲翹曲以及光滑度等參數。碳化硅目前發展的痛點主要在于規模迅速擴大。未來兩三年要增長到約六七十億美元的規模，這個過程對產業界來說壓力巨大。因為每個環節擴產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展，對于整個產業鏈的拉動作用也在增加。近日，應用材料表示，公司已推出多款專用碳化硅設備，其針對碳化硅特殊物理化學特性設計的CMP設備據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）清洗設備。這是該公司第一款Post-CMP清洗設備，可用于制造高質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。
與傳統硅晶圓產線相比，碳化硅制造工藝帶來了對設備的不同需求。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、高溫退火等環節與傳統硅基功率器件有較大不同，需要專門的腔室等模塊設計以控制缺陷、提高產率，在刻蝕、減薄等環節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備被開發出來，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業發展的瓶頸被消除，碳化硅器件市場的爆發點也在逐步臨近。
（中國粉體網編輯整理/山川）
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