近些年，全球環(huán)保意識的抬頭，再加上自動駕駛一哥特斯拉的搶用，碳化硅熱度瘋狂飆升。從外延設備、襯底材料，到SiC工廠，從美國、歐洲，再到馬來西亞，整個產業(yè)鏈都忙得不亦樂乎。
而在這一片高漲的擴產聲中，那些身處碳化硅產業(yè)鏈上游的襯底廠商們似乎率先成為了賺錢王者，不僅被瘋狂下單，賺得盆滿缽滿，產能方面也是接連爆滿，只能不斷擴產。
不斷被下單的襯底廠商
當前，在全球襯底市場中，最有影響力、技術最領先的企業(yè)當屬美國的Wolfspeed，擁有30 余年的碳化硅生產經驗，早在1991年就推出全球首款商用 SiC 晶圓，到了2021年，Wolfspeed襯底全球市占率超過60%。
數(shù)據(jù)顯示，Wolfspeed與意法半導體、英飛凌、ABB等公司簽下了超 10 億美元的長期訂單。而其最新一期財報數(shù)據(jù)也顯現(xiàn)出了碳化硅的火熱，據(jù)透露，Wolfspeed紐約州8英寸 SiC 新廠持續(xù)小量試產中，預計明年上半年完成初始認證并開始出貨，目前已有幾家大型客戶來廠簽約，SiC 新訂單優(yōu)于預期。
Wolfspeed執(zhí)行長 Gregg Lowe表示，總計 2022 年會計年度 Design-in 規(guī)模達64億美元，是 2020 年的3倍，年增 119%。展望 2023 年會計年度第一季，WolfSpeed 預估受惠于第三代半導體材料 6 英寸基板需求強勁且持續(xù)供不應求，加上功率組件業(yè)務改善，營收約落在 2.32-2.47 億美元。此外，WolfSpeed 更是看好SiC市場成長，Lowe 預計8英寸新廠未來能挹注 15-20 億美元營收。
如果說Wolfspeed在碳化硅襯底市場位列第一梯隊，那么最近7天內接連拿下2個大單的高意集團(II‐VI)就屬于第二梯隊，全球碳化硅襯底市占率排名第二。就在8月17日宣布與東莞天域半導體簽訂1億美元訂單，從本季度開始到2023年底向后者供應碳化硅6英寸襯底一周后，高意集團再次宣布，與英飛凌簽署了一項為期多年的合同，將向英飛凌提供用于電力電子的6英寸SiC襯底，而且II-VI和英飛凌還計劃將合作向8英寸SiC襯底過渡。
圖源：高意集團
與高意集團同屬第二梯隊的還有羅姆子公司SiCrystal，據(jù)董事總經理Robert Eckstein此前透露，2022年SiCrystal的SiC襯底產能幾乎售罄，主要客戶為母公司羅姆、英飛凌、意法半導體等多家公司供貨。
在海外碳化硅襯底廠商訂單爆滿的同時，我國廠商也迎來了新機遇，山東天岳、晶盛機電等皆有了新進展。
其中，山東天岳憑借近14億元的訂單引人注目。7月21日晚間，天岳先進公告披露，公司簽署了時長三年的6英寸導電型碳化硅襯底產品銷售合同，按照合同約定年度基準單價測算，預計含稅銷售合計金額為13.93億元。
圖源：天岳
雖然天岳未透露簽約客戶名稱和具體情況，但其表示這筆巨額訂單符合未來發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。據(jù)了解，目前天岳先進自主研發(fā)出半絕緣型碳化硅襯底產品已批量供應至國內下游核心客戶，同時被國外知名的半導體公司使用。在導電型碳化硅襯底領域，公司6英寸產品已送樣至多家國內外知名客戶。2021年，天岳先進實現(xiàn)銷售襯底約5.7萬片。
就在今年3月，山東天岳還中標了中電55所高達1.806億的4英寸高純半絕緣SiC襯底訂單。全軍武器裝備采購信息網公告顯示，中電55所采購4英寸高純半絕緣SiC襯底訂單，采購量為2.3萬片SiC襯底，河北同光和山東天岳兩家廠商中標，其中河北同光為1.2萬片，山東天岳則為1.1萬片。
今年4月底，露笑科技在2022年第一季度報告中披露，其控股子公司合肥露笑半導體材料有限公司與東莞市天域半導體科技有限公司已簽署購銷合同，2022年-2024年不少于15萬片。7月，露笑科技在參加調研時表示，東莞天域3年15萬片的訂單已經在分批量進行交付了，后續(xù)隨著實際產能的逐步爬升，整體交付進度有望進一步加快。
2月初，晶盛機電則是在《審核問詢函回復報告》中提到，2月7日，客戶 A 已與晶盛機電形成采購意向，2022-2025 年他們將優(yōu)先向客戶A提供碳化硅襯底合計不低于 23 萬片。除此之外，7月消息顯示，江蘇超芯星半導體有限公司6英寸碳化硅襯底進入美國一流器件廠商。
種種跡象表明，面對未來的碳化硅熱潮，襯底廠商已經先行一步，賺了個盆滿缽滿。
為何是賺錢王者？
從價值量來看，整個碳化硅產業(yè)呈現(xiàn)出明顯的 “頭重腳輕” 特征，以襯底和外延為主的碳化硅材料占據(jù)了整個產業(yè)鏈近70% 的價值量，其中襯底作為最重要的環(huán)節(jié)，價值量占比接近 50%。
碳化硅襯底,顧名思義就是用碳化硅制成的襯底，是制造碳化硅器件最基礎的材料，簡單地說，就是沒有碳化硅襯底就無法制造出碳化硅器件。目前國內 SiC 襯底主流規(guī)格分別為 4 英寸和 6 英寸，雖然晶盛機電、爍科晶體、中科院物理所等已成功研發(fā)了8英寸SiC單晶，但離產業(yè)化仍有一段距離。而國外已經向著8英寸量產邁進，比如上述提到的Wolfspeed 8英寸廠預計明年上半年開始出貨，此外法國Soitec、高意集團、意法半導體都已成功推出8英寸襯底。
與硅晶圓相比，碳化硅襯底的制備難度要高出不少，這也是至今為止能夠量產8英寸襯底廠商屈指可數(shù)的原因。
一方面，碳化硅襯底制造對溫度要求較高，其氣相生長溫度超過2300℃，且在生產中需要精確調控生長溫度，高溫對設備和工藝控制帶來了極高的要求，再加上生產過程幾乎是黑箱操作難以觀測，一旦溫度和壓力控制稍有失誤，則會導致失敗。
另一方面，碳化硅長晶速度慢，產出良率還低。一般來說，硅棒拉晶 2-3 天即可拉出約2m長的8英寸硅棒，而碳化硅卻需要約7天的時間才能生長 2cm，比硅棒拉晶速度慢了一倍還不止。更重要的是碳化硅襯底對晶型要求高，需要精準控制硅碳比、生長溫度梯度、晶體生長速率以及氣流氣壓等各種參數(shù)，才有可能制造出無缺陷、皆為 4H 晶型的可用碳化硅襯底，如此苛刻的要求，使得原本就困難的碳化硅襯底制造更加雪上加霜。
較高的制造難度帶來的是一時之間難以下探的價格。據(jù)《科創(chuàng)板日報》報道，有業(yè)內人士表示，目前第三代半導體主要瓶頸便在于外延片，而襯底是碳化硅晶圓產能的關鍵制約點。相較于成熟的硅片制造工藝，碳化硅襯底價格短期內依然會較為高昂。
除了本身價格昂貴外，碳化硅功率器件市場持續(xù)擴張也是一部分原因，畢竟無論在哪個領域，終端市場永遠有著絕對的發(fā)言權。
僅以新能源汽車為例，安森美在技術資料中指出，碳化硅器件所具有的獨特優(yōu)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(xù)航、更小損耗和更低的重量，以及向800V遷移的趨勢中更能發(fā)揮它的優(yōu)勢。
面對如此優(yōu)勢，車企很難不心動。三安光電副總經理陳東坡曾預計，在2023-2024年，碳化硅器件在長續(xù)航里程的電動車車型的滲透率會到80%—90%，未來也會在低續(xù)航里程的車型中逐步滲透。預計2024年之后，400至500公里續(xù)航的電動車碳化硅器件的滲透率會達到40%左右，而400公里續(xù)航以下的車型碳化硅器件會在2025年之后達到10%左右。
隨著越來越多的車企開始導入，碳化硅功率器件有望成為最暢銷的功率器件。據(jù)研調機構DIGITIMES Research預估，2025年SiC在電動車應用的市場規(guī)?？芍?.5億美元，2021-2025年，年復合增長率25-30%。此外，TrendForce也預測，2022年車用碳化硅器件市場規(guī)模有望達到10.7億美元，2026年將進一步攀升至39.4億美元。
圖源：TrendForce
當然，新能源汽車只是碳化硅功率器件廣闊的應用市場之一，未來在5G 基建、特高壓及軌道交通等各領域，碳化硅都將迎來巨大的發(fā)展機遇，而作為碳化硅功率器件必備的材料，碳化硅襯底市場毫無疑問也會水漲船高。
在市場和價格的雙重影響下，碳化硅襯底廠商自然也就成為了最先賺錢的那個環(huán)節(jié)。
奔赴在擴產路上的襯底廠商
為了保證碳化硅芯片的供給，功率器件廠商率先買進上游襯底鏈，包括安森美、羅姆、英飛凌以及意法半導體在內，眾多功率半導體大廠紛紛買下不同的優(yōu)質SiC襯底供應商。
與之相對的是襯底廠商們的大幅擴產。Wolfspeed在2019年時推出了5年實現(xiàn)30倍擴產計劃，宣布將投資10億美元分別在北卡羅來納州和紐約州建造8英寸功率和射頻襯底制造工廠，將碳化硅晶圓制造能力提高多達30倍，并使碳化硅材料生產增加30倍，從而滿足2024年的預期市場增長。
在去年年底舉行的Wolfspeed分析師大會上，Wolfspeed透露襯底產能持續(xù)擴張，8 英寸SiC 晶圓廠有望于2022 年實現(xiàn)量產，當前Wolfspeed SiC 襯底的總產能為16.7 萬平方英尺，約合7 萬片/月（等效6 英寸），未來兩年將逐步擴張產能至24.2 平方英尺，約合10 萬片/月（等效6 英寸）。今年4月，Wolfspeed全球最大的首座8英寸SiC（碳化硅）工廠正式開業(yè)，該工廠預計2024年達產，屆時產能將達2017年的30倍。
此外，安森美2022年第一季度財報指出，計劃在今年將碳化硅襯底產能擴充4倍，2021年年底哈德遜工廠擴建4萬平方英尺便是計劃中的一步；高意集團在今年3月宣布，將擴大其在北安普頓縣和瑞典的晶圓制造能力，作為 10 年內 10 億美元投資的一部分，其中Easton 工廠在未來五年內將 II-VI 的碳化硅襯底產量至少增加 6 倍；今年5月，意法半導體開始購買設備，加快8英寸碳化硅襯底生產線建設。
再來看國內，山東天岳于今年登陸科創(chuàng)板IPO，發(fā)力導電型SiC襯底，募得資金中有23億元用于建設6英寸導電型碳化硅襯底項目，預計2026年實現(xiàn)全面達產，對應6英寸導電型SiC襯底產能為30萬片/年；今年3月，晶盛機電在寧夏開工建設了一期年產40萬片6英寸以上的導電型、絕緣型SiC襯底產能；露笑科技也在全力推進產能建設，隨著后端相應的切磨拋進口設備到位，預計能夠在2023年實現(xiàn)年產20萬片的產能規(guī)劃；超芯星則計劃將6-8英寸碳化硅襯底的年產量提升至150萬片。
寫在最后
當前地球環(huán)境正在面臨著前所未有的惡劣勢態(tài)，持續(xù)不斷的高溫、接連融化的冰山…所有的一切都在提醒我們環(huán)保的重要性，在雙碳政策以及各種需求的推動下，以碳化硅為主的第三代半導體必然會成為綠色時代的寵兒，相信在不久的未來，不止碳化硅襯底廠商，下游的第三代半導體功率器件廠商也將會迎來新一輪的“撈金浪潮”。（文：半導體行業(yè)觀察）
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