电动车、5G 市场渐起,碳化硅晶圆成明日之星

电动车、5G 市场渐起,碳化硅晶圆成明日之星

随着 5G、电动车等高功率的应用逐渐兴起,已鸭子潜水多年的碳化硅晶圆(Silicon Carbide),市场成长趋势己渐明确,相关厂商也加紧布局的脚步,包括环球晶与 GTAT 签下碳化硅晶球长约,SK Siltronic 也拟收购杜邦的 SiC 事业,碳化硅产品具备高度进入障碍以及难度,但在耐高压以及耐高温下又具备高度性能,整体生产技术以及市场正逐渐迈向成熟中。

碳化硅晶圆在效能上比目前的硅晶圆表现为佳,尤其是在高伏以及高压的产品,过去多应用在高压高速产品,如高铁、风力发电系统等重电设施,但未来在自驾车以及电动车的趋势下,碳化硅晶圆的高散热优势,即可取代部分硅晶圆,成为未来的发展趋势。

相对于目前硅晶圆大厂包括 SUMCO、信越、环球晶、SK Siltronic 等,碳化硅目前主要生产的厂商仅有 3-4 家,主要是日本以及欧洲厂商,包括 CREE、新日铁住金以及 Norstel 等,另外,为了强化关键半导体材料的自製率,南韩 SK Siltronic 也拟收购杜邦的碳化硅事业,拟在半导体次世代技术上保持竞争力。

至在生产以及供应链部分,碳化硅以及硅晶圆算是两个不同的系统,自晶球开始,即有不同的差异,而在长晶时温度要求要更高温,而因硬度影响,后续切磨抛的难度也更高;而在产能的部分,相对于一般硅晶圆拉一根长晶棒需时约 2 天半的时间(以 8 吋晶棒为例),碳化硅的长晶拉出一个晶棒的时间需要约 7-10 天的时间,且在长晶过程中对温度以及压力的控制也相当关键,若有闪失有可能即毁了一根晶棒的品质,另外,一般硅晶圆的一根晶棒可有 1-2 米的长度,但碳化硅一根晶棒长出的高度则几吋而已,导致碳化硅晶圆的产能相当少。

另外,让目前碳化硅晶圆的发展仍离甜蜜点仍有一段距离,除了生产技术、产能等,价格高贵以及相对于已发展和应用成熟的硅晶圆相比,即便碳化硅的性能优益,但客户还是会优先採用较熟悉的硅晶圆。据市调机构 Trendforce 预计,碳化硅晶圆年产能可达 1.8 亿美元。

目前在国内有跨入碳化硅领域,包括环球晶以及嘉晶,以及嘉晶同集团的汉磊,环球晶日前宣布,与 GTAT 签订碳化硅晶球长约,确保未来可以取得足够的碳化硅晶球,而环球晶在碳化硅领域也已开发多年,目前已小量出货,也已有日本客户在评估中;而在嘉晶以及汉磊,看好电动车等相关领域的发展,近几年也已布局碳化硅磊晶产品,也已开始小量出货中,但占比仍在个位数的水準。

环球晶则表示,碳化硅的性能具备高击穿电场强度与宽能带隙,可承受大电流与耐高压的运作,同时具备高热传导的特性,可在 SiC 元件上实现高切换频率,耐高压,且缩小元件 / 模组体绩,同时可使元件在高热环境下有效作动,适合製造超高效能的功率装置。

至于其他硅晶圆厂合晶则表示,认同碳化硅晶圆会是长期的发展趋势,但技术以及资金门槛都不低,公司目前会先把资源放在 12 吋硅晶圆以及 SOI 产品,较有成长空间。

即便市场普遍认为碳化硅在电动车等应用下成长可为趋势,但新进者几乎都还在摸索阶段,且因产品良率不高、成本相对高,目前不少仍为亏损,仍待整体市场以及技术的成熟。