资本追捧下的第三代半导体,火起来不容易

2021-12-16 10:04:18来源:网络作者:
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随着碳化硅(SiC)进入新能源汽车产业链、氮化镓(GaN)在快充上的规模化应用,第三代半导体逐步进入消费端和工业端,在功率半导体领域崭露头角。

中国第三代半导体真正要火起来并不容易,面临四大问题。

第一大问题:技术差距明显

第三代半导体的生产步骤包括单晶生长、外延层生长以及器件/芯片制造,分别对应衬底、外延和器件/芯片。总体来说,第三代半导体产业目前主要处于国外企业垄断的局面。

对于氮化镓的布局,记者表示:“2020年华灿光电募集约3亿元投向GaN电力电子器件领域。电子电力器件与公司深耕的光电领域应用市场有所不同,但材料体系相似,工艺制备方面有一定相通之处,电力电子器件产品工艺段更为复杂,线宽控制和设备的要求更高。目前6英寸硅基GaN电力电子器件工艺已通线,预计2022年推出650V cascode产品,2023年具备批量生产和代工能力。

第一个是碳化硅的衬底,海外目前是6英寸转8英寸,国内现在是4英寸转6英寸,有很大差距;另一个海外商用碳化硅使用了MOS管,而国内还在使用二极管

第二大问题:市场应用有限

从增量来源来看,5G、光伏智能电网、新能源汽车等是主要的增量来源。根据第3代半导体的发展情况,其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及其他领域,每个领域产业成熟度各不相同。

4、其他应用在前沿研究领域

第三代半导体可用于太阳能电池、生物传感器、水制氢媒介、及其他一些新兴应用。

在国内,得到高度关注的第三代半导体应用有:氮化镓充电器电源IC、氮化镓基站PA、氮化镓5G手机PA、氮化镓IGBT、碳化硅SBD、碳化硅MOSFET。

第三大问题:成本是最大瓶颈

第三代半导体要扩大应用市场,成本是最大瓶颈。

以碳化硅来说,技术难度在于3点:

1.在长晶的源头晶种纯度要求相当高

2.长晶的时间相当长,碳化硅晶棒约需要7天。一般硅材料长晶平均约3-4天即可长成一根晶棒。

3.长一根碳化硅的长晶棒只能长出2公分,量产的成本高很多。而一般的硅晶棒约有200公分的长度。

据说,第三代半导体材料,这样一片厚度只有0.5毫米的“碳化硅”6英寸晶片,市场售价高达2000美金。而12吋硅晶圆的平均单价在108~112美元价位,再加上制造成本和良率,第三代半导体比第一代半导体硅晶成本要贵很多倍。

第四大问题:产业人才短缺

化合物半导体产业人才的培养时间比第一代半导体人才的培养时间更长,没有个3-5年根本就成长不起来。

第三代半导体材料目前产业化主要集中在碳化硅和氮化镓两个方向,其中碳化硅应用已有十多年,产业化更加成熟。

由于硅工艺已经非常成熟,在单个芯片成本上具有优势,据了解,碳化硅或氮化镓的单个器件可以高达硅的4倍。

在不少业内人士看来,第三代半导体在技术层面并没有太大瓶颈,国内外的实验室能够进行技术攻关,但是最关键的在于量产,这就涉及团队的生产经验、人才构成等因素。

随着量产推进,成本将会快速下降。

其中,设备商扮演着重要角色,“产业发展起来,最关键的就是要节省成本,(碳化硅领域)今天相比竞争对手,爱思强有10%到15%的成本优势,我们预计在2023年还可以继续下降25%左右的成本,”方子文谈道,“在氮化镓领域,我们的生产成本到2023年会持续下降20%到30%左右,我们的产能也会提升20%到30%左右。”

这又和自动化产线息息相关

生产之外,第三代半导体企业还面对着盈利、需求的考验,有产业链人士向记者表示:“功率器件生意很难做,有时甚至要倒贴。比如在不少商务合同中,如果出现产品赔偿的问题,功率器件企业还需要赔偿客户损失的利润,而非器件本身的成本,因此前端承受的风险较大,一些投资机构开始会优先选择封装环节企业来降低风险。”

(关键字:半导体)

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