碳化硅，國產(chǎn)替代成效顯著
碳化硅，國產(chǎn)替代成效顯著
碳化硅作為第三代半導體材料的主要代表之一，其技術發(fā)展也至關重要。雖然國內碳化硅的技術水平與國外有所差距，但國內企業(yè)在 2-6 英寸的半絕緣型和導電型碳化硅襯底領域均已實現(xiàn)部分國產(chǎn)替代，8 英寸晶圓也在研制過程中，國產(chǎn)替代進程講持續(xù)突破。
碳化硅市場產(chǎn)業(yè)鏈主要分為晶圓襯底制造、外延片生產(chǎn)、碳化硅器件研發(fā)和裝備封裝測試四個部分，分別占市場總成本的 50%、25%、20%、5%，由于具備晶體生長過程繁瑣，晶圓切割困難等特點，碳化硅襯底的制造成本一直處于高位。目前高質量襯底的應用主要集中于 WolfSpeed、II-VI、ROHM 三大供應商，CR3 市場占有率達到 80%以上，國內廠商為代表的襯底廠商的產(chǎn)品良率、品質和生產(chǎn)效率還有一定差距，碳化硅襯底的使用極限性能優(yōu)于硅襯底，可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應用需求，當前碳化硅襯底已應用于射頻器件及功率器件，隨著下游需求爆發(fā)，2022-2026 年 SiC 器件的市場規(guī)模將從 43 億美元提升到 89 億美元，年復合增長率為 20%。
碳化硅性能優(yōu)勢
碳化硅在半導體中存在的主要形式是作為襯底材料，基于其優(yōu)良的特性，碳化硅襯底的使用極限性能優(yōu)于硅襯底，可以滿足高溫、高壓、高頻、大功率等條件下的應用需求，當前碳化硅襯底已應用于射頻器件及功率器件。碳化硅器件優(yōu)點如下：
（1）耐高壓。擊穿電場強度大，是硅的 10 倍，用碳化硅制備器件可以極大地提高耐壓容量、工作頻率和電流密度，并大大降低器件的導通損耗。所以在實際應用過程中，與硅基相比可以設計成更小的體積，約為硅基器件的 1/10。
（2）耐高溫。半導體器件在較高的溫度下，會產(chǎn)生載流子的本征激發(fā)現(xiàn)象，造成器件失效。禁帶寬度越大，器件的極限工作溫度越高。碳化硅的禁帶接近硅的 3 倍，可以保證碳化硅器件在高溫條件下工作的可靠性。硅器件的極限工作溫度一般不能超過 300℃，而碳化硅器件的極限工作溫度可以達到 600℃以上。同時，碳化硅的熱導率比硅更高，高熱導率有助于碳化硅器件的散熱，在同樣的輸出功率下保持更低的溫度，碳化硅器件也因此對散熱的設計要求更低，有助于實現(xiàn)設備的小型化。
（3）實現(xiàn)高頻的性能。碳化硅的飽和電子漂移速率大，是硅的 2 倍，這決定了碳化硅器件可以實現(xiàn)更高的工作頻率和更高的功率密度。同時碳化硅襯底材料能量損失更小。在相同的電壓和轉換頻率下，400V 電壓時，碳化硅MOSFET逆變器的能量損失約為硅基IGBT能量損失的 29%-60%之間；800V 時，碳化硅MOSFET逆變器的能量損失約為硅基IGBT能量損失的 30%-50%之間。因此碳化硅器件的能量損失更小。
國內發(fā)展碳化硅的難點
碳化硅生產(chǎn)過程主要包括碳化硅單晶生長、外延層生長及器件制造三大步驟，對應的是碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈襯底、外延、器件三大環(huán)節(jié)。
碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈及代表企業(yè)
碳化硅襯底
當前，國內廠商碳化硅襯底生產(chǎn)的技術指標與國際主流廠商相比仍有明顯差距。
碳化硅襯底正在不斷向大尺寸的方向發(fā)展，目前行業(yè)內公司主要量產(chǎn)襯底尺寸集中在4 英寸及6英寸。在最新技術研發(fā)儲備上，以行業(yè)領先者WolfSpeed公司的研發(fā)進程為例，WolfSpeed公司已成功研發(fā) 8 英寸產(chǎn)品。為提高生產(chǎn)效率并降低成本，大尺寸是碳化硅襯底制備技術的重要發(fā)展方向，襯底尺寸越大，單位襯底可制造的芯片數(shù)量越多，單位芯片成本越低；襯底的尺寸越大，邊緣的浪費就越小，有利于進一步降低芯片的成本。由于現(xiàn)有的 6 英寸的硅晶圓產(chǎn)線可以升級改造用于生產(chǎn)SiC器件，所以 6 英寸 SiC 襯底的高市占率將維持較長時間。目前我國市場上使用的碳化硅襯底一般為4英寸，可生產(chǎn)6英寸碳化硅襯底的企業(yè)，全國不足10家。
碳化硅襯底制備主要有以下技術難點：（1）碳化硅單晶的制備對于溫度場設計。適宜的溫度場是制備碳化硅單晶的基礎，不適宜的溫度場極易導致單晶開裂等問題。此外，隨著碳化硅襯底直徑的增加，溫度場的設計及實現(xiàn)難度也在增加。（2）降低結晶缺陷密度。襯底中結晶缺陷（如：微管、穿透性螺位錯（TSD）、基平面位錯（BPD））會對器件造成負面影響。由于碳化硅較高的生長溫度，為降低結晶缺陷密度，傳統(tǒng)的工藝條件 （如掩膜法）已經(jīng)不能滿足低結晶缺陷密度單晶的生長，勢必需要導入新工藝，增加工藝復雜性，這會推高單晶成本。因此，需要投入較長的時間及較大的物料成本研發(fā)新工藝，較長的研發(fā)周期可能會阻礙襯底單位面積成本的下降，且隨著單晶生長厚度的增加，單晶殘余內應力迅速增加，這會導致單晶結晶質量下降甚至導致單晶開裂等問題，如何有效兼顧單晶可用厚度及單晶結晶質量存在較大難度。
襯底主要的三個幾何參數(shù)為TTV（總厚度偏差）、Bow（彎曲度）及Wrap（翹曲度），國內廠商與國外領先廠商仍存在明顯差距。此外， 產(chǎn)品的一致性問題是難以攻克的短板，國產(chǎn)襯底目前較難進入主流供應鏈。具體來說，國產(chǎn)襯底技術短板以及一致性問題主要包含兩個方面：（1）由于國內廠商起步相對較晚，在材料匹配、設備精度和熱場控制等技術角度需要長時間的專門知識累積；（2）國內廠商的客戶較少且比較分散，客戶的反饋速度更慢，反饋內容不徹底。相比較起來，WolfSpeed 的產(chǎn)品線覆蓋襯底、外延、器件乃至模組，后端反饋充分且及時。因此，國內廠商的技術差距直接導致襯底綜合性能較差，無法用于要求更高的產(chǎn)線中；一致性問則表示優(yōu)質襯底比例較低，直接導致襯底的成本大幅上升，上述兩點導致國內廠商制造的襯底還無法進入主流供應鏈。
碳化硅外延
當前外延主要以 4 英寸及 6 英寸為主，大尺寸碳化硅外延片占比逐年遞增。碳化硅外延尺寸主要受制于碳化硅襯底尺寸，當前 6 英寸碳化硅襯底已經(jīng)實現(xiàn)商用，因此碳化硅襯底外延也逐漸從 4 英寸向 6 英寸過渡。在未來幾年里，大尺寸碳化硅外延片占比會逐年遞增。由于 4 英寸碳化硅襯底及外延的技術已經(jīng)日趨成熟，因此，4 英寸碳化硅外延晶片已不存在供給短缺的問題，其未來降價空間有限。此外，雖然當前國際先進廠商已經(jīng)研發(fā)出 8 英寸碳化硅襯底，但其進入碳化硅功率器件制造市場將是一個漫長的過程，隨著 8 英寸碳化硅外延技術的逐漸成熟，未來可能會出現(xiàn) 8 英寸碳化硅功率器件生產(chǎn)線。
碳化硅外延主要解決外延晶片均勻性控制和外延缺陷控制兩大問題。
（1）外延晶片均勻性控制方面，由于外延片尺寸的增大往往會伴隨外延晶片均勻性的下降，因此大尺寸外延晶片均勻性的控制是提高器件良率和可靠性、進而降低成本的關鍵。
（2）外延缺陷控制問題。基晶面位錯（BPD）是影響碳化硅雙極型功率器件穩(wěn)定 性的一個重要結晶缺陷，不斷降低 BPD 密度是外延生長技術發(fā)展的主要方向。由于物理氣象傳輸法（PVT）制 備碳化硅襯底的 BPD 密度較高，外延層中對器件有害的 BPD 多來自于襯底中的 BPD 向外延層的貫穿。因此，提 高襯底結晶質量可有效降低外延層 BPD 位錯密度。
隨著碳化硅器件的不斷應用，器件尺寸及通流能力不斷增加， 對結晶缺陷密度的要求也不斷增加，在未來技術的進步下，碳化硅外延片結晶缺陷密度會隨之不斷下降。
碳化硅功率器件
我們把 SiC 器件發(fā)展分為三個發(fā)展階段，2019-2021 年初期，特斯拉等新能源汽車開始試水搭載 SiC 功率器件；2022-2023 年為拐點期，SiC 在新能源汽車領域的應用已經(jīng)達到了批量生產(chǎn)的臨界區(qū)域，并且充電基礎設施、5G 基站、工業(yè)和能源等應用逐步采用 SIC 器件；2024-2026 年為爆發(fā)期，SIC 加速滲透，在新能源汽車、充電基礎設施、5G 基站、工業(yè)和能源等得到廣泛應用。
當前，碳化硅MOSFET制備技術要求較高，碳化硅MOSFET采用溝槽結構可最大限度地發(fā)揮SiC的特性， 柵級氧化物形成技術挑戰(zhàn)較高。平面SiC MOSFET的缺陷密度較高，MOSFET溝道中電子散射降低溝道電子遷移率從而使得性能下降，即溝道電阻上升、功率損耗上升而溝道電流下降。由于SiC MOSFET的N+源區(qū)和 P井摻雜都是采用離子注入的方式，在1700℃溫度中進行退火激活，一個關鍵的工藝是 SiC MOSFET 柵氧化物的形成， 而碳化硅材料中同時有 Si 和 C 兩種原子存在，因此需要非常特殊的柵介質生長方法。目前英飛凌、ST、羅姆等國際大廠 600-1700V 碳化硅SBD、MOSFET均已實現(xiàn)量產(chǎn)，而國內所有碳化硅 MOSFET 器件制造平臺仍在搭建中，部分公司的產(chǎn)線仍處于計劃階段，離正式量產(chǎn)還有很長一段距離。
國內外碳化硅主要廠商
全球碳化硅襯底市場目前仍以國外企業(yè)為主，2020 年上半年科銳(WolfSpeed)、羅姆(ROHM)、II-VI、昭和電工、天科合達五家企業(yè)合計市場占比分別達到 91%，市場高度集中。其中，WolfSpeed 獨占 45%的市場份額，是全球的龍頭企業(yè)，且國外企業(yè)合計占比超過 85%，占據(jù)市場主導地位。目前國內暫未出現(xiàn)碳化硅的 IDM 企業(yè)，且整體份額占比較小，但受益于政策利好等因素，國產(chǎn)替代進程仍在不斷加快。
國外主要廠商
01、WolfSpeed
科銳（WolfSpeed）成立于 1987 年，是一家開發(fā)制造半導體材料和設備的美國公司，也是全球碳化硅基半導體材料及器件龍頭。該公司主要基于碳化硅、氮化鎵和相關化合物生產(chǎn)半導體材料以及發(fā)光二極管、照明、電源盒射頻等半導體產(chǎn)品。WolfSpeed 最初擁有四大業(yè)務部門：WolfSpeed、LED、照明業(yè)務和電源及射頻業(yè)務。由于 LED 和照明業(yè)務部門利潤下降，而專注于制造碳化硅材料的 WolfSpeed 的增長速度超越其他業(yè)務，因此公司先后出售了其他三大業(yè)務部門，現(xiàn)已完全轉型為以 SiC 和 GaN 為主的半導體企業(yè)。WolfSpeed 部門目前主要生產(chǎn) SiC 和 GaN 襯底及外延，并且將半導體材料廣發(fā)應用于電源、射頻、功率器件等領域的生產(chǎn)。2020年上半年 WolfSpeed 在碳化硅襯底市場的占有率為 45%，在碳化硅器件市場占有率為 26%，均位居首位。
公司的重大發(fā)展歷程如下：
2016 年 7 月，英飛凌表示同意以 8.5 億美元現(xiàn)金收購科銳的 WolfSpeed 業(yè)務部門（射頻和電力電子設備）。然而，在兩家公司無法解決監(jiān)管機構的國家安全問題后，該交易于 2017 年 2 月被取消。
2018 年 3 月，科銳宣布以 3.45 億歐收購英飛凌射頻功率業(yè)務（反收購）。
2019 年 3 月，科銳宣布將旗下 LED 照明部門（WolfSpeed Lighting）以 3.1 億美元出售給美國 Ideal Industries 公司。科銳出售的業(yè)務包括用于商業(yè)的 LED 照明燈具和企業(yè)照明解決方案。
2019 年 5 月，科銳宣布將投資 10 億美元用于擴大 SiC 碳化硅產(chǎn)能。
2020 年 10 月，科銳宣布以高達 3 億美元的價格將其 LED 業(yè)務出售給 SMART Global Holdings，并將于 2021 年 10 月正式更名為 WolfSpeed。本次交易進一步明確了公司的戰(zhàn)略定位，WolfSpeed 將引領從硅到碳化硅的產(chǎn)業(yè)轉型。
02、羅姆(ROHM)
羅姆是全球著名半導體廠商，以制造和銷售半導體、集成電路和電子元件為主，產(chǎn)品包括 IC、二極管、LED、SiC 功率器件等。羅姆公司以高功率、模擬、標準產(chǎn)品這三個產(chǎn)品系列為中心，加速技術開發(fā)。公司擁有三大產(chǎn)品部門：（1）IC：該部門主要負責集成電路的生產(chǎn)和銷售，主要產(chǎn)品包括 DRAM、驅動器 IC、通用IC、傳感器 IC 等；（2）分立半導體器件：該部門進行以 Si 和 SiC 為材料的半導體器件制造，包括 MOSFET、晶體管、二極管、LED、碳化硅功率元器件等；（3）模塊：該部門主要負責無線通信模塊和打印頭的生產(chǎn)，主要包括 Wi-Fi 模塊、LAPIS、傳真打印頭；此外，公司還具備無源設備、芯片組的生產(chǎn)能力以及晶圓、MEMS和先進封裝的代工服務。2020 年上半年 ROHM 在 SiC 襯底市場的占有率為 20%，在 SiC 器件市場的占比為21%，均位居全球第二位，其子公司 SiCrystal 專注于 SiC 襯底的生產(chǎn)。
03、II-VI
II-VI 成立于 1971 年，是一家全球領先的開發(fā)、制造和銷售工程材料和光電元件設備以及材料的垂直整合類公司，為通信、工業(yè)、航天、半導體設備、消費電子和智能汽車的多元化應用提供創(chuàng)新產(chǎn)品。II-VI 擁有兩個業(yè)務部門：1）化合物半導體：該部門主要提供 SiC 襯底、外延和器件以及砷化物外延晶片，同時包括用于高功率二氧化碳激光器的光電組件和材料，應用領域包括航空、國防、醫(yī)療、半導體等；2）光子解決方案：該部門主要提供用于光通信網(wǎng)絡、消費電子、生命科學等領域的晶體材料和光學器件，還為激光終端用戶、系統(tǒng)集成商和政府提供微芯片激光器和光電模塊。目前，II-VI 在半導體領域的成果主要包括 SiC 的襯底和外延技術開發(fā)，2020 年上半年公司在 SiC 襯底市場的占有率為 13%。
研發(fā)水平逐步增加，SiC 技術處于領先。2021 年公司的研發(fā)支出為 3.30 億美元，同比下降 2.64%，占營收比例為 10.63%。同樣的，收到收購業(yè)務的影響，公司的研發(fā)支出在 2020 財年大幅上升，這些費用用于投資新資產(chǎn)和業(yè)務流程，包括 5G、3D 傳感、磷化銦、激光雷達和其他新興市場。目前，II-VI 所擁有的碳化硅襯底具備高質量和低位錯密度，且晶圓尺寸已達 200mm 并處于世界領先地位，該襯底目前已用于電動汽車和 5G等電力電子以及射頻電子領域。同時，II-VI 可在 150mm 的晶圓上生產(chǎn)一流均勻性的 SiC 外延，包括 250 微米及以上的厚層生長和低濃度摻雜層，是世界最先進的 SiC 外延技術之一。公司所獨創(chuàng)的 3DSiC 技術可以充分利用 SiC 材料，以最小損耗實現(xiàn)極高的功率處理，可將電流密度提高 30%并縮小相應的芯片尺寸，這對 SiC為原料的芯片制程壓縮具有重要意義。
04、ST Microelectronics
意法半導體(ST Microelectronics)成立于 1987 年，是一家位于瑞士負責設計、開發(fā)、制造和銷售半導體產(chǎn)品的跨國企業(yè)。該公司由法國的“Thomson Semiconducteurs”和意大利的“SGS Microelettronica”兩家公司合并而成，是歐洲目前收入最高的半導體芯片制造商。ST 目前擁有三項主營業(yè)務：1）汽車和分立器件業(yè)務(ADG)：該部門負責專用于汽車的 IC，以及面向汽車、工業(yè)、通信等終端市場的分立器件和功率晶體管的制造和銷售；2）模擬、MEMS 和傳感器業(yè)務(AMS)：該部門主要提供用于模擬、智能電源、低功率射頻、MEMS傳感器和執(zhí)行器以及光學傳感領域的解決方案和產(chǎn)品；3）微控制器和數(shù)字 IC 業(yè)務(MDG)：該部門致力于設計、生產(chǎn)和銷售微控制器（通用和安全）、存儲器（RF 和 EEPROM）和 RF 通信等相關產(chǎn)品。目前，公司的主要客戶包括蘋果、三星、華為、特斯拉等智能手機和電動汽車龍頭企業(yè)，且 2020 年蘋果貢獻了公司 23.9%的收入，是公司的第一大客戶。2019 年 12 月，ST 完成了對 SiC 晶圓制造商 Norstel 的收購，標志著公司正式覆蓋 SiC襯底和外延業(yè)務。截止 2020 年上半年，意法半導體在碳化硅器件市場的占有率約為 8%左右。
國內主要廠商
01、山東天岳—絕緣型襯底為主
山東天岳先進科技股份有限公司成立于 2010 年，主營業(yè)務是寬禁帶半導體（第三代半導體）碳化硅襯底材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，產(chǎn)品可應用于微波電子、電力電子等領域。目前，公司主要產(chǎn)品包括半絕緣型和導電型碳化硅襯底。經(jīng)過十余年的技術發(fā)展，公司已掌握涵蓋了設備設計、熱場設計、粉料合成、晶體生長、襯底加工等環(huán)節(jié)的核心技術，自主研發(fā)了不同尺寸半絕緣型及導電型碳化硅襯底制備技術。公司作為我國碳化硅襯底領域的領軍企業(yè)，在國家亟需的時候， 擔當起國家核心戰(zhàn)略物資的保障供應重任，批量供應了半絕緣型碳化硅襯底材料，成功實現(xiàn)該產(chǎn)品的自主可控。根據(jù)國際知名行業(yè)咨詢機構 Yole 的統(tǒng)計，2019 年及 2020 年公司已躋身半絕緣型碳化硅襯底市場的世界前三。公司的產(chǎn)品以半絕緣型襯底和導電型襯底為主，其應用范圍涵蓋光電子，電子電氣，微波通訊等領域。
02、天科合達—導電型襯底為主
北京天科合達半導體股份有限公司設立于 2006 年 9 月 12 日。公司是國內領先的第三代半導體材料——碳化硅晶片生產(chǎn)商。公司主要從事碳化硅領域相關產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，主要產(chǎn)品包括碳化硅晶片、其他碳化硅產(chǎn)品和碳化硅單晶生長爐，其中碳化硅晶片是公司核心產(chǎn)品。公司建立了國內第一條碳化硅晶片中試生產(chǎn)線，是國內最早實現(xiàn)碳化硅晶片產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，在國內率先成功研制出 6 英寸碳化硅晶片，相繼實現(xiàn) 2 英寸至 6 英寸碳化硅晶片產(chǎn)品的規(guī)模化供應。公司掌握了覆蓋碳化硅晶片生產(chǎn)的“設備研制—原料合成—晶體生長—晶體切割—晶片加工—清洗檢測”全流程關鍵技術和工藝，在設備環(huán)節(jié)可以提供碳化硅單晶生長爐，在晶片環(huán)節(jié)可以提供 2-6 英寸導電型和半絕緣型碳化硅晶片，在其他碳化硅產(chǎn)品環(huán)節(jié)可以提供碳化硅籽晶、晶體等。天科合達已成為是國內領先的第三代半導體材料——碳化硅晶片生產(chǎn)商。
03、露笑科技— SIC 襯底
露笑科技設立于 2003 年，是一家有多元化業(yè)務的綜合公司，產(chǎn)業(yè)涵蓋銅芯、鋁芯電磁線、LED 藍寶石襯底片、碳化硅襯底片、新能源汽車電機電池電控、光伏發(fā)電、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、投資管理、國際貿易等十多個領域。露笑科技以漆包線為起點賺得第一桶金并成功在深交所上市。但漆包線行業(yè)因準入門檻低，同質化程度越來越高，隨之帶來的利潤率也越來越低，成長空間受限，故 2014 年開始產(chǎn)業(yè)轉型。公司先后收購上海正昀，江蘇鼎陽綠能電力有限公司進軍新能源汽車和光伏產(chǎn)業(yè)，并與伯恩光學合作開展藍寶石業(yè)務并積極探索國外市場。目前第三代半導體處在早期部署階段，露笑科技憑借著在布局藍寶石業(yè)務期間積累的大量的生產(chǎn)藍寶石長晶爐的經(jīng)驗進入了碳化硅領域，總投資近百億。公司擁有浙江省級研究院、博士后科研工作站、省級技術中心等平臺，擁有一支優(yōu)秀的研發(fā)團隊，多次承擔國家、省部級科技計劃項目，多次獲得各級科技獎，參與制修訂國家/行業(yè)標準 48 項，累計擁有國內領先的科技成果近 20 項。
憑借著頂尖的碳化硅生產(chǎn)團隊以及依托于藍寶石業(yè)務上的深厚積淀，目前露笑科技已經(jīng)突破以下幾項碳化
硅生長爐及生長環(huán)節(jié)的關鍵技術：
完成 6 寸石英管式碳化硅晶體生長爐開發(fā)，以獨特密封結構解決設備高真空度獲取與長時間保持的難題，極限真空<2×10-5Pa，具備工程化使用條件；
完成大尺寸碳化硅單晶制備相關理論的研究，通過計算機模型輔助計算，形成了單晶制備過程物質與熱量傳輸、缺陷演變的基本規(guī)律，解決了熱場均勻性差、大尺寸單晶應力聚集、單晶擴徑難等問題，為 6 寸及以上半絕緣碳化硅晶體的制備打下了堅實基礎；
解決晶型生長控制難、微管密度大、晶體背向腐蝕嚴重等難題，提升了單晶質量，通過長晶過程中的除雜工藝實現(xiàn)了高電阻率晶體生長；
高純度碳化硅原料合成，有效降低原料中對電阻率提升有害的特定雜質含量濃度，達到小于 1ppm 量級。
04、晶盛機電—SIC 襯底
晶盛機電是國內晶體硅生長設備龍頭，主要從事晶體生長設備研發(fā)、制造、銷售。公司的產(chǎn)品主要有碳化硅長晶設備及外延設備，業(yè)務下游涉及光伏、半導體、藍寶石等行業(yè)方向。在光伏領域、半導體領域，LED照明領域還分為晶體生長設備，智能化加工設備等。在藍寶石領域，公司可提供滿足 LED 照明襯底材料和窗口材料所需的藍寶石晶錠和晶片。2006 年上虞晶盛機電工程有限公司成立，2010 年整體改制為上虞晶盛股份有限公司，同年更名為浙江晶盛機電股份有限公司（簡稱：晶盛機電），2012 年公司在深交所創(chuàng)業(yè)板上市（代碼：300316.SZ），2014 年成立晶瑞電子運營藍寶石切磨拋業(yè)務，拓展了藍寶石業(yè)務，2018 年拓展半導體業(yè)務，并在 2020 年 SIC 研發(fā)取得突破性進展。晶盛機電公司在高端精密加工領域的技術實力處于行業(yè)前列，建立了半導體材料關鍵加工設備的國產(chǎn)化領先優(yōu)勢。目前，公司的主要客戶有中環(huán)股份、有研半導體、合晶科技、上機數(shù)控等知名上市公司以及大型企業(yè)，密切合作的下游客戶為公司的發(fā)展提供了堅實基礎。晶盛機電是國內晶體硅生長設備龍頭，近年來業(yè)績持續(xù)向好。
05、三安光電—IDM SIC 全產(chǎn)業(yè)鏈
三安光電成立于 2000 年，主要從事化合物半導體所涉及的部分核心原材料、外延片生長和器件制造，材料包括氮化鎵、碳化硅、磷化銦、藍寶石等第三代半導體。公司具有國內產(chǎn)銷規(guī)模首位的化合物半導體生產(chǎn)規(guī)模，屬于技術、資本密集型的產(chǎn)業(yè)，是化合物半導體集成電路產(chǎn)業(yè)鏈布局最為完善、領先 IDM 企業(yè)。公司目前的主要業(yè)務包括四個板塊：1）光電：以 GaAs、GaN、藍寶石為基礎，進行 LED 和光伏電池器件生產(chǎn)，產(chǎn)品用于照明、光伏、醫(yī)療等領域；2）微波射頻：主要以 GaN、GaAS 和 InP 為主，生產(chǎn)制造功率放大器、濾波器、射頻開關器等，可用于移動通信基站、藍牙模組等；3）電力電子：通過 SiC、GaN 等第三代半導體，進行各類二極管和晶體管的研發(fā)，主要用于新能源汽車、光伏、智能電網(wǎng)、快充電源等下游領域；4）光通訊：借助 GaAS、InP 等原材料，制造二極管、激光器件，通常適用于通信基站、云計算、3D 感應等市場。公司致力于將化合物半導體集成電路業(yè)務發(fā)展至全球行業(yè)領先水平，努力打造具有國際競爭力的半導體廠商。目前，公司已與主要供應商和采購客戶建立起了長年穩(wěn)定的合作關系，形成較為穩(wěn)定的原材料供應渠道。三安光電在長沙投產(chǎn)建成的兩條 SiC 生產(chǎn)線，已經(jīng)全面整合了襯底、外延、晶圓生產(chǎn)、封測的垂直環(huán)節(jié)，預計 2022 年下半年到 2023 年可以實現(xiàn)整車產(chǎn)品達產(chǎn)，客戶包括國內外的各芯片應用企業(yè)。
06、鳳凰光學—中國電科促進資源整合
鳳凰光學股份有限公司成立于 1997 年，是一家擁有五十余年歷史的綜合光學元件及產(chǎn)品的生產(chǎn)商，近年來成為集研發(fā)、設計、制造一體化的精密加工、光學組件國內重要供應商，主要產(chǎn)品包括光學組件，精密加工，光學儀器等。其光學組件產(chǎn)品主要用于安防視頻監(jiān)控、車載等；精密加工產(chǎn)品主要用于照相機、投影機、車載等產(chǎn)品的金屬結構件精密加工和光學鏡片精加工；光學儀器產(chǎn)品主要用于普教、工業(yè)、研究院所等領域的光學顯微鏡。2019 年收購海康科技智能控制器業(yè)務前，公司主營業(yè)務為光學元件加工和鋰電芯加工。收購完成后，公司主營業(yè)務變更為光學產(chǎn)品、智能控制器產(chǎn)品和鋰電芯產(chǎn)品的研發(fā)、制造和銷售。
晶圓代工廠商
01、X-Fab
X-FAB Silicon Foundries SE 是世界領先的模擬/混合信號半導體技術專業(yè)代工廠集團之一。為汽車，工業(yè)，消費，醫(yī)療，消費和移動通信以及其他應用制造硅片、模數(shù)集成電路、傳感器和微機電系統(tǒng)。業(yè)務遍及全球，提供全面的技術和設計 IP。憑借在模擬/混合信號 IC 生產(chǎn)、微機電系統(tǒng)（MEMS）和碳化硅（SiC）方面的專業(yè)知識，為客戶提供強大的設計支持技術。核心市場汽車、醫(yī)療和工業(yè)的特點是高增長和長生命周期。
X-FAB 成立于 1992 年，是 Elex NV 的全資子公司。從德國國家托管組織 Treuhandanstalt 收購后，開始在德國埃爾福特運營其第一家半導體工廠。1999 年，X-FAB 收購了美國德克薩斯州盧伯克的前德克薩斯儀器廠和埃爾福特工廠；2002 年從 Zarlink 收購了英國普利茅斯的一家工廠；2007 年，從 ZMD AG 收購了位于德累斯頓的 ZFOUNDRY FAB；2011 年，X-FAB 通過投資 MEMS 鑄造廠 Itzehoe（隨后于 2015 年完全收購）；2016 年10 月 1 日起，X-FAB 完成了對 Altis 的收購。自 2016 年以來，X-FAB 擁有 6 家工廠，分別位于德國（3 家），法國，馬來西亞和美國。
X-FAB 作為一家純粹的代工廠，為避免與客戶競爭而沒有自己的 IC 產(chǎn)品。專注于復雜技術、設計支持和制造解決方案，提供制造和強大的設計支持服務，設計模擬/混合信號集成電路（IC）和其他半導體器件，用于客戶的產(chǎn)品。模塊化的制造方法在半導體技術、設計和工藝中提供了多種增強選項，包括互補金屬氧化物半導體（CMOS）、絕緣體上硅（SOI）、碳化硅（SiC）和微機電系統(tǒng)（MEMS）。提供的工藝技術在 150mm 晶圓上的特征尺寸為 1.0μm、0.8μm 和 0.6μm，在 200mm 晶圓上的特征尺寸為 0.6μm、350nm、250nm、180nm 和130nm。X-FAB 的目標是到 2025 年實現(xiàn) 9-10%的市場份額，通過不斷增長的產(chǎn)量保持穩(wěn)定的市場份額，并為80-90%的無晶圓廠碳化硅廠商提供服務。
02、漢磊
漢磊先進投資控股股份有限公司(Episil)是一家臺灣控股公司，主體主要從事一般投資業(yè)務，通過其子公司進行功率半導體、模擬集成電路、外延片和晶圓代工系統(tǒng)的開發(fā)、設計、制造和銷售，主要產(chǎn)品包括硅外延、模擬組件和集成電路等。目前，公司主要有三大業(yè)務板塊：1）硅晶圓：主要從事傳統(tǒng)硅、碳化硅、氮化鎵等先進半導體材料的晶圓和外延片代工，以及相關領域的產(chǎn)品生產(chǎn)；2）原件及集成電路代工：主要負責半導體功率器件、集成電路等應用領域的產(chǎn)品銷售及代工服務；3）其他：主要包括半導體組件等雜項產(chǎn)品生產(chǎn)及銷售。漢磊是典型的 Foundry 半導體企業(yè)，可以提供包括 SiC 和 GaN 在內的一系列寬禁帶半導體代工服務。目前，漢磊能夠進行高良率規(guī)模化的碳化硅器件生產(chǎn)，是中國唯一且具備世界領先水平的純晶圓代工廠。目前，漢磊已經(jīng)擁有硅和寬禁帶半導體代工、碳化硅和氮化鎵三座晶圓廠，為 600V-1200V 肖特基勢壘二極管和 MOSFET 提供 4 英寸 SiC 代工服務。
03、積塔
上海積塔半導體有限公司是一家半導體芯片研發(fā)商，成立于 2017 年，公司兩大股東為華大半導體有限公司和上海集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金股份有限公司，分別持股 55%和 45%，上海先進半導體制造有限公司為上海積塔全資子公司。上海先進于 1988 年由中荷合資成立為上海飛利浦半導體公司，于 2006 年于香港聯(lián)交所主板上市并在 2018 年退市，2019 年被上海積塔半導體有限公司吸收合并，此后上海積塔的主營業(yè)務便由上海先進構成。上海先進是一家大規(guī)模集成電路芯片制造公司，有 5 英寸、6 英寸、8 英寸晶圓生產(chǎn)線，專注于模擬電路、功率器件的制造，8 英寸等值晶圓年產(chǎn)能 66.4 萬片，被上海市科委認定為“高新技術企業(yè)”。同時，公司通過了 ISO9001、VDA6.3(Grade A)、IATF 16949、14001、ISO/IEC 27001 等質量、環(huán)境及信息安全管理體系認證，是國內最早從事汽車電子芯片、IGBT 芯片制造的企業(yè)。此外，2018 年 8 月，積塔半導體特色工藝生產(chǎn)線在上海臨港開工，總投資 359 億元。2018 年 10 月，積塔半導體與上海先進半導體制造股份有限公司 (以下簡稱“先進半導體”) 簽訂合并協(xié)議，合并后積塔半導體將分為臨港和虹漕兩個廠區(qū)。虹漕廠區(qū)擁有 5 英寸、6 英寸、8 英寸生產(chǎn)線；臨港廠區(qū)擁有 8 英寸、12 英寸、6 英寸 SiC 生產(chǎn)線，產(chǎn)品主要應用于工控、汽車、電力、能源等領域。
碳化硅市場海外以 IDM 為主要運作模式，國內襯底廠商為天岳先進（絕緣型襯底為主）、天科合達（導電型襯底為主）、中電科（爍科）、露笑科技、晶盛機電；外延片方面：瀚天天成、東莞天域、中電科等均已完成了 3-6 英寸碳化硅外延的研發(fā)和生產(chǎn)；器件方面：斯達半導體、士蘭微推出 SiC MOSFET 功率器件和模塊；晶圓代工方面，X-Fab 為最大代工廠，并為 80-90%的無晶圓廠碳化硅廠商提供服務；漢磊和積塔大幅增加資本開支用以擴展 SiC 產(chǎn)能；IDM 方面：三安光電具備全產(chǎn)業(yè)整合生產(chǎn)能力（襯底/外延/器件/封測）。
參考來源：
1、中信建設投資《半導體材料系列：第三代半導體碳化硅行業(yè)前瞻》
2、中星財富《中國碳化硅的2024，是未來也是終局》
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