尽快投入8英寸碳化硅产线建设、实现MOSFET器件大规模量产、国外主流厂商对中国市场的觊觎……芯联集成总经理赵奇日前做客《沪市汇·硬科硬客》第二期节目“换道超车第三代半导体”时表示，国内第三代半导体产业链发展过程中，面临着三条“充满挑战、但必须要走的路”。
赵奇认为，必须认清，性价比优秀的硅基IGBT产业是碳化硅的强力竞争对手，要将碳化硅的单器件成本控制在硅基IGBT的2.5倍，才有机会实现碳化硅的大规模商业化应用。应当从提升良率、迭代沟槽MOSFET、升级8英寸衬底三个方向来改进。
“中国第三代半导体产业高质量发展的‘春秋时代’已结束了，2024年将会进入‘战国时代’，形成‘战国七雄’，期间一定会伴随激烈竞争。”赵奇预测，2024年中国也可能迎来碳化硅爆发式的增长。
“本土供需缺口正在不断缩小。”赵奇指出，在以衬底和外延为主的材料端，国内厂家不仅仅可以保证本土供应，并且慢慢的开始出口，比如碳化硅二极管、氮化镓器件都已实现本土化生产；最难的能够适用于车载主驱逆变器的碳化硅MOSFET器件和模块，已经在国内实现量产；2023年下半年，用于主驱逆变的国内芯片，也慢慢的开始实际使用。
“由此可见，第三代半导体进口替代方面，国内产业链各个方向都已实现突破，后面就是数量的逐渐扩大了。”赵奇表示。
当然，机遇与挑战并存。赵奇指出，国内第三代半导体行业发展过程中，在8英寸碳化硅器件产线建设、MOSFET器件大规模量产、国外主流厂商杀向国内市场争夺份额三个方面还面临着挑战。
首先，国外碳化硅主流厂商已开始积极布局8英寸的衬底、外延和器件生产能力，国内目前还在发展6英寸，8英寸只在规划和研发状态中。“目前来看，国内碳化硅往8英寸切换的速度，确实比国外稍微落后了一些。”赵奇表示。
“衬底厂家可能会觉得，国内一条8英寸的碳化硅产线都没有，我为何需要大力去做8英寸衬底？而我们器件厂家也会考虑，国内8英寸衬底还不是太成熟，我拿什么来Run这个线？”赵奇如是解释。
芯联集成是一家聚焦MEMS传感器和功率半导体器件的特色工艺晶圆代工企业。从2023年起，芯联集成开始建设国内第一条8英寸碳化硅器件产线英寸衬底、外延、器件生产的整个链条，赶上国外主流厂商们的布局。
“无论是衬底，还是器件制造，从6英寸到8英寸，还有很多技术改进和突破要完成，这是一条充满挑战但必须要走的路。”赵奇坦言。
第二个挑战是，尽管国内衬底和外延在规模上已相对成熟，但碳化硅器件批量生产、尤其是用于主驱逆变的国内芯片才刚起步，规模对比国外主流厂商还有所差距。
“从开始量产到大规模量产的过程中，生产端还有很多要一直去优化的方向。当我们衬底、外延和芯片都可以在一定程度上完成大规模量产了，才能说我们整个产业链条是成熟和完整的。”赵奇表示。
“中国新能源汽车以及风、光、储的终端已处于全球第一梯队，过去一两年，国外碳化硅主流厂商纷纷在国内布局产能。”赵奇指出，他们的目的很明确，就是要抢夺中国的碳化硅市场。
“国外这些比我们走得早的碳化硅厂家‘杀’到门口来，就要求我们更加努力在技术领先、技术创新、成本优势方面下功夫。你要有性价比更好的产品去跟他们竞争。”赵奇认为这对处在成长期的国内产业链而言也是严峻的挑战。
如何突破碳化硅产业材料端挑战、实现大规模应用，或许是国内第三代半导体厂商下一步该重点关注的问题。
“它真正的竞争对手是硅产业，而且是性价比已经很优秀的IGBT产业。碳化硅产业最终能否实现商业应用，还是要看性价比。它确实是个好东西，就是有点贵。”赵奇举例说，IGBT已经从8英寸的主流开始向12英寸切换，而现在6英寸的碳化硅单器件成本大约是IGBT的5~6倍。
“或许大家能容忍碳化硅价格高一点，但不会容忍太多。到底多高合适？业界一般认为，碳化硅的单器件成本，如若能做到硅基IGBT的2.5倍以下，或许就进入大规模商业化应用时代了。”赵奇表示。
如何才能减少相关成本做到2.5倍的水平？赵奇认为，应当从提升良率、迭代沟槽MOSFET、升级8英寸衬底三个方向来改进。
据赵奇介绍，集成电路产业通过多年的积累，已形成了一整套行之有效的方法论，用这些方法论，行业已经将碳化硅MOSFET芯片的良率提升到了90%以上。
“尽管我国在良率方面已经和国际水平相当了，但我们仍旧是需要整个产业链通力合作，把每一段良率都做到接近于硅的水平。”赵奇表示。
其次，碳化硅器件要努力从平面MOSFET向沟槽MOSFET迭代，通过缩小单芯片面积来实现单芯片的成本降低。
第三，从6英寸衬底升级到8英寸，通过单衬底上可以同步生产更多芯片来实现单芯片的成本降低。
“这三个技术方法都实现之后，碳化硅未来就有机会做到硅基IGBT的2.5倍以内。彼时，碳化硅将成功进入商业化应用时代。”赵奇表示。
不仅是成本方面有所差距，赵奇强调，还应关注到碳化硅器件制作的完整过程中的工艺难点。而碳化硅的优点恰恰是生产的基本工艺的难点所在。
与硅材料不同，碳化硅材料耐高温，制备碳化硅器件的栅极氧化层及激活，分别需要1300度和1700度的超高温，硅工艺一般用900度和1200度。超高温下怎么来控制好不一样的材料之间的界面质量，要一直摸索。此外，碳化硅材料坚硬，工艺过程中的掺杂基本都一定要通过超高能量注入或者高温条件下的注入来完成。
基于碳化硅在高电压、高温、高频方面的性能优势，赵奇提出碳化硅器件可能替代硅基IGBT的四个主要使用在场景。
首先是新能源车的主驱逆变器。这也是目前碳化硅最大的市场应用方向。特别是从400伏平台往800伏平台切换之后，碳化硅的性能优势会发挥得更好。
“对于中国的新能源汽车行业来说，2024年会是碳化硅器件大量使用到车载逆变器的一年。而2024年，中国也可能迎来碳化硅爆发式的增长。”赵奇如是认为。
其次是车载充电机（OBC）。这是已经验证的、在新能源汽车里大量装车的一个应用场景，对芯片的要求略低于主驱逆变。
第四是目前还没有应用，但可能会在2030年左右实现的大于万伏的超高压输配电。赵奇认为，这一市场容量甚至有可能大过新能源车。
“关键还是在于整个产业链要一起努力，让碳化硅器件性能不断的提高、性价比不断变好，以支撑大量的商业化应用。”赵奇表示。
业界一致认为，第三代半导体未来还有很大的成长空间。Yole数据预测，2028年碳化硅市场规模将达89亿美元，氮化镓市场规模将达47亿美元。
首先，碳化硅市场本身能维持住30%~40%的年复合增长率；其次，新能源汽车以及风、光、储等新能源终端是第三代半导体支撑的主要产业，国内目前占据了非常大的一马当先的优势和市场占有率，芯联集成在红利加持下，也在用高于全球增长率的速度布局碳化硅器件及模组封装产能。
相关多个方面数据显示，近三年新成立的碳化硅相关公司有514家，氮化镓相关公司有32家。此外，主持人观察到行业竞争渐趋激烈，很多上市公司产能规划相当激进，未来恐将出现产能过剩的情况。
“中国第三代半导体产业高质量发展的‘春秋时代’已结束，2024年将会进入‘战国时代’，并形成‘战国七雄’。当然‘七’是一个虚数。”赵奇认为，“七雄”格局形成的过程中一定会伴随激烈竞争，产业链的各个方向上的破产、并购重组以及扩张均会成为常态。
“毕竟这是一个高科技的产业，焦点还会是技术领先性、技术创造新兴事物的能力、规模大小以及性价比。这是接下来筛选企业很重要的四个因素。”赵奇如是认为。
在此行业前景下，谈及对公司进一步的规划和布局，赵奇从资本、技术、产能三个层面提出具体举措。
资本布局方面，芯联集成于2023年下半年分拆碳化硅业务，联合博世、小鹏、立讯精密、上汽、宁德时代、阳光电源等新能源、汽车及半导体相关上下游企业，成立了专注于碳化硅业务的芯联动力科技（绍兴）有限公司。
“我们希望能够通过跟上下游联合布局的方式，来保证中国未来在碳化硅技术上的领先以及生产规模的充足，从而支撑中国新能源汽车和风光储等产业终端在全球保持领头羊。”赵奇表示。
技术方面，据赵奇介绍，芯联集成2023年已实现平面碳化硅MOSFET器件规模量产，同步也在进行沟槽碳化硅MOSFET器件的研发工作，计划于2024年推出该生产的基本工艺并逐步实现规模化量产。与此同时，芯联集成把超结碳化硅MOSFET器件和碳化硅IGBT也纳入公司研发路线年，芯联集成慢慢的开始建设8英寸的碳化硅产线英寸的通线验证。
“所以不管从资本、技术，还是产能角度，我们都为碳化硅接下来的发展做好了布局和准备。期望中国碳化硅产业未来能实现大突破、大发展。”赵奇表示。
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赵奇认为，必须认清，性价比优秀的硅基IGBT产业是碳化硅的强力竞争对手，要将碳化硅的单器件成本控制在硅基IGBT的2.5倍，才有机会实现碳化硅的大规模商业化应用。应当从提升良率、迭代沟槽MOSFET、升级8英寸衬底三个方向来改进。