中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟：碳化硅半导体产业发展白皮书2021年（20页）.pdf

1、 碳化硅碳化硅半导体半导体产业发展产业发展白皮书白皮书（2021 年）年）中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟 2021 年 12 月 中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟 目 录 前 言.1 一、碳化硅材料的特点与优势.2 二、2021 年碳化硅半导体行业发展情况.4 三、2021 年国内对第三代产业政策支持情况.5 四、2021 年碳化硅全产业链发展情况.8 五、2021 年下游市场发展情况.12 六、2021 年 SiC 产业发展新思考.17 中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟 1 前前 言言 碳化硅是第三代化合物半导体的典型代表，具有耐高温、耐高压、高频率、大功率等优势，广泛应用于电力电子

2、与射频等下游。根据 Wolfspeed 预测，2026 年碳化硅相关器件市场有望达到 89 亿美元，衬底市场有望达到 17 亿美元，合计市场超百亿。在过去十年中，全球碳化硅半导体行业通过收购、垂直整合、战略合作和投资扩产高速发展。2021 年，碳化硅半导体产业也保持着飞速的发展的态势，9 月 7 日，山东天岳先进科技股份有限公司科创板 IPO成功过会，成为国内第一家上市的第三代半导体企业；10 月 4 日，碳化硅龙头企业 Cree 公司名称由 Cree,Inc.更改为 Wolfspeed,Inc.，并于 10 月 4 日起在纽约证券交易所上市；10 月 25 日，全球首家采用全碳化硅功率模块的

3、车企特斯拉市值首破万亿美元，从中也可以看出，目前，碳化硅半导体产业正处于爆发式增长前期，各国纷纷加速布局碳化硅半导体产业，抢占市场。随着 2021 年以美国为主导的逆全球化浪潮逐渐加剧，我国产业链安全亟需摆脱关键技术和产品“卡脖子”以及 5G、新能源等发展提速的双重驱动下，2021 年国内碳化硅半导体产业发展迅速，成为碳化硅半导体产业化元年。中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟 2 一、一、碳化硅材料的特点与优势碳化硅材料的特点与优势 碳化硅（SiC）材料相比硅（Si）基材料具有宽禁带、电子饱和漂移速率高、热导系数高和熔点高等优势，如图 1，可有效突破传统硅基半导体器件及其材料的物理极限，作为衬

4、底开发出更适应高温、高压、高频率和大功率等条件的半导体器件，广泛应用于新能源车、光伏及射频领域。图 1 SiC 材料特点与优势（来源：中科院上海微系统与信息技术研究所，中金公司研究部）SiC 半导体产业链环节包括衬底、外延、器件制造封装、下游市场应用，其中 SiC 衬底环节是整个产业链发展最基础也是最关键的环节。按照电学性能不同，SiC 单晶衬底可分为导电型衬底和半绝缘型衬底两种，分别对应不同的制作工艺、用于制作不同的器件、适用于不同的场景，见图 2：中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟 3 图 2 不同类型碳化硅材料应用场景（1）导电型衬底（目标应用为 SiC-on-SiC）：电阻率为15-3

5、0mcm，注重微管密度和低电阻，相对容易获得，但需要对掺杂有较好的控制。通过在导电型 SiC 衬底上生长 SiC 外延层制得 SiC同质外延片，可进一步制成 SBD、MOSFET 等功率器件。适用于高温、高压工作环境，且损耗低，主要应用于电子电力领域，例如新能源汽车中的逆变器、转换器、电机驱动器和车载充电机，光伏发电中的二极管、逆变器和变换器，轨道交通中的牵引变流器、辅助变流器、主辅一体变流器、电力电子变压器和电源充电机，智能电网中的高压直流输电换流阀、柔性直流输电换流阀、灵活交流输电装置、高压直流断路器和电力电子变压器等。（2）半绝缘型衬底（目标应用为 GaN-on-SiC）：电阻率不低于1

6、05cm，注重纯度和晶体质量，对原材料 SiC 粉末纯净度要求高，同时需要在生长过程中加入钒杂质，掺杂工艺难度大。通过在半绝缘型 SiC 衬底上生长氮化镓外延层制得 SiC 基氮化镓外延片，可进一步中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟 4 制成 HEMT 等微波射频器件。适用于高频、高温工作环境，主要应用于射频领域，例如 5G 通讯中的功率放大器和国防中的无线电探测器。二、二、20212021 年碳化硅半导体行业发展情况年碳化硅半导体行业发展情况 目前，全球 SiC 半导体产业格局仍呈现美国、欧洲、日本三足鼎立的态势，其中美国占据主导地位，SiC 材料约占全球产量的 70-80%，主要企业有 W