'華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷'

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華為4月成立的哈勃科技投資有限公司,近日投資了山東天嶽先進材料科技有限公司,持股10%。山東天嶽是我國第三代半導體材料碳化硅龍頭企業。“得碳化硅者得天下”!有業內人士稱。甚至可以說,無碳化硅難5G。我國及全球5G網絡正在大規模建設中。碳化硅材料實現量產後,將打破國外壟斷,推動國內5G芯片技術和生產能力的提升。

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華為4月成立的哈勃科技投資有限公司,近日投資了山東天嶽先進材料科技有限公司,持股10%。山東天嶽是我國第三代半導體材料碳化硅龍頭企業。“得碳化硅者得天下”!有業內人士稱。甚至可以說,無碳化硅難5G。我國及全球5G網絡正在大規模建設中。碳化硅材料實現量產後,將打破國外壟斷,推動國內5G芯片技術和生產能力的提升。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷

大數據傳輸、雲計算、AI技術、物聯網,包括下一步的能源傳輸,對網絡傳輸速度及容量提出了越來越高的要求,大功率芯片的市場需求非常大。而硅材料的負載量已到達極限,以硅作為基片的半導體器件性能和能力極限已無可突破的空間。

而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

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華為4月成立的哈勃科技投資有限公司,近日投資了山東天嶽先進材料科技有限公司,持股10%。山東天嶽是我國第三代半導體材料碳化硅龍頭企業。“得碳化硅者得天下”!有業內人士稱。甚至可以說,無碳化硅難5G。我國及全球5G網絡正在大規模建設中。碳化硅材料實現量產後,將打破國外壟斷,推動國內5G芯片技術和生產能力的提升。

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大數據傳輸、雲計算、AI技術、物聯網,包括下一步的能源傳輸,對網絡傳輸速度及容量提出了越來越高的要求,大功率芯片的市場需求非常大。而硅材料的負載量已到達極限,以硅作為基片的半導體器件性能和能力極限已無可突破的空間。

而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌新一代半導體材料初步發展,中國企業已開始佈局

自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

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▌新一代半導體材料初步發展,中國企業已開始佈局

自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


當前主流的第三代半導體材料為碳化硅與氮化硅,前者多用於高壓場合如智能電網、軌道交通;後者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。

在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

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而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

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自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

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當前主流的第三代半導體材料為碳化硅與氮化硅,前者多用於高壓場合如智能電網、軌道交通;後者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。

在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


作為第三代半導體的代表材料,碳化硅市場發展迅速。據IHS數據,2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元,而在2023年將會達到16.44億美元,年複合增長率達到26.6%。其中,發展最大的是新能源汽車領域,年複合增長率達到了驚人的81.4%。

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而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

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自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

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當前主流的第三代半導體材料為碳化硅與氮化硅,前者多用於高壓場合如智能電網、軌道交通;後者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。

在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

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作為第三代半導體的代表材料,碳化硅市場發展迅速。據IHS數據,2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元,而在2023年將會達到16.44億美元,年複合增長率達到26.6%。其中,發展最大的是新能源汽車領域,年複合增長率達到了驚人的81.4%。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


從二十世紀九十年代開始,碳化硅材料開始進入市場化。Cree上世紀末就開始進行碳化硅的研發工作,並在世界各國申請了多項專利,造成技術上的壟斷,制約了其他公司的發展。

羅姆半導體從2000年開始對碳化硅技術的研究,並在2009年收購了SiCrystal;英飛凌擁有雄厚的資本優勢,這導致目前碳化硅市場主要由這三家把控。而碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞、羅姆半導體、II-VI國際公司壟斷。

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而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

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第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

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在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

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從二十世紀九十年代開始,碳化硅材料開始進入市場化。Cree上世紀末就開始進行碳化硅的研發工作,並在世界各國申請了多項專利,造成技術上的壟斷,制約了其他公司的發展。

羅姆半導體從2000年開始對碳化硅技術的研究,並在2009年收購了SiCrystal;英飛凌擁有雄厚的資本優勢,這導致目前碳化硅市場主要由這三家把控。而碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞、羅姆半導體、II-VI國際公司壟斷。

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而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

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自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

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在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

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作為第三代半導體的代表材料,碳化硅市場發展迅速。據IHS數據,2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元,而在2023年將會達到16.44億美元,年複合增長率達到26.6%。其中,發展最大的是新能源汽車領域,年複合增長率達到了驚人的81.4%。

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從二十世紀九十年代開始,碳化硅材料開始進入市場化。Cree上世紀末就開始進行碳化硅的研發工作,並在世界各國申請了多項專利,造成技術上的壟斷,制約了其他公司的發展。

羅姆半導體從2000年開始對碳化硅技術的研究,並在2009年收購了SiCrystal;英飛凌擁有雄厚的資本優勢,這導致目前碳化硅市場主要由這三家把控。而碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞、羅姆半導體、II-VI國際公司壟斷。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


在國內如揚傑科技、中車、中電13所等公司及研究機構也加大對碳化硅器件的研究,逐步打破國外公司的封鎖,目前也已經形成完整的碳化硅產業鏈——即上游襯底、中游外延片、下游器件製造。

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華為4月成立的哈勃科技投資有限公司,近日投資了山東天嶽先進材料科技有限公司,持股10%。山東天嶽是我國第三代半導體材料碳化硅龍頭企業。“得碳化硅者得天下”!有業內人士稱。甚至可以說,無碳化硅難5G。我國及全球5G網絡正在大規模建設中。碳化硅材料實現量產後,將打破國外壟斷,推動國內5G芯片技術和生產能力的提升。

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而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

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▌新一代半導體材料初步發展,中國企業已開始佈局

自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


當前主流的第三代半導體材料為碳化硅與氮化硅,前者多用於高壓場合如智能電網、軌道交通;後者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。

在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


作為第三代半導體的代表材料,碳化硅市場發展迅速。據IHS數據,2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元,而在2023年將會達到16.44億美元,年複合增長率達到26.6%。其中,發展最大的是新能源汽車領域,年複合增長率達到了驚人的81.4%。

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羅姆半導體從2000年開始對碳化硅技術的研究,並在2009年收購了SiCrystal;英飛凌擁有雄厚的資本優勢,這導致目前碳化硅市場主要由這三家把控。而碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞、羅姆半導體、II-VI國際公司壟斷。

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在國內如揚傑科技、中車、中電13所等公司及研究機構也加大對碳化硅器件的研究,逐步打破國外公司的封鎖,目前也已經形成完整的碳化硅產業鏈——即上游襯底、中游外延片、下游器件製造。

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整體而言,第三代半導體技術尚處於發展狀態,還有許多不足之處。以當前運用程度最高的碳化硅為例,其技術上尚有幾個缺陷:

材料成本過高。目前碳化硅芯片的工藝不如硅成熟,主要為4英寸晶圓,材料的利用率不高,而Si芯片的晶圓早已經發展到12寸。具體而言,相同規格的產品,碳化硅器件的整體價格達到硅器件的5-6倍。

高溫損耗過大。碳化硅器件雖然能在高溫下運行,但其在高溫條件下產生的高功率損耗很大程度上限制了其應用,這是與器件開發之初的目的相違背的。

封裝技術滯後。目前碳化硅模塊所使用的封裝技術還是沿用硅模塊的設計,其可靠性和壽命均無法滿足其工作溫度的要求。

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第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

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在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

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華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


從二十世紀九十年代開始,碳化硅材料開始進入市場化。Cree上世紀末就開始進行碳化硅的研發工作,並在世界各國申請了多項專利,造成技術上的壟斷,制約了其他公司的發展。

羅姆半導體從2000年開始對碳化硅技術的研究,並在2009年收購了SiCrystal;英飛凌擁有雄厚的資本優勢,這導致目前碳化硅市場主要由這三家把控。而碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞、羅姆半導體、II-VI國際公司壟斷。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


在國內如揚傑科技、中車、中電13所等公司及研究機構也加大對碳化硅器件的研究,逐步打破國外公司的封鎖,目前也已經形成完整的碳化硅產業鏈——即上游襯底、中游外延片、下游器件製造。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


整體而言,第三代半導體技術尚處於發展狀態,還有許多不足之處。以當前運用程度最高的碳化硅為例,其技術上尚有幾個缺陷:

材料成本過高。目前碳化硅芯片的工藝不如硅成熟,主要為4英寸晶圓,材料的利用率不高,而Si芯片的晶圓早已經發展到12寸。具體而言,相同規格的產品,碳化硅器件的整體價格達到硅器件的5-6倍。

高溫損耗過大。碳化硅器件雖然能在高溫下運行,但其在高溫條件下產生的高功率損耗很大程度上限制了其應用,這是與器件開發之初的目的相違背的。

封裝技術滯後。目前碳化硅模塊所使用的封裝技術還是沿用硅模塊的設計,其可靠性和壽命均無法滿足其工作溫度的要求。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌硅基新材料:我國轉型硅材料強國,碳化硅半導體蘊藏巨大潛力

硅基材料應用廣泛且重要,我國正從硅材料大國向強國轉型

硅基材料產品類型繁多,可分為無機硅和有機硅類,被廣泛應用於航空航天、電子電器、建築、運輸、能源、化工、紡織、食品、輕工、醫療、農業等行業。

主要領域有:1)高純半導體:高純的單晶硅是重要的半導體材料,可應用於各種集成電路、光伏電池等;2)合金:硅可以用於同其他金屬結合製備合金,用以提升原有性能,如硅鐵合金、硅鋁合金等;3)陶瓷:製備成陶瓷材料,作為耐高溫和結構材料,如碳化硅和氮化硅;4)光導纖維通信材料:純二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纖維,是光導纖維通信的重要材料;5)有機硅化合物:是指含有C-Si鍵、且至少有一個有機基團是直接與硅原子相連的化合物,其產品按形態不同,主要分為硅橡膠、硅樹脂、硅油和硅烷偶聯劑。

我國是硅材料生產大國,但在高端領域仍與國際一流水平有差距。我國硅產業的發展始於1957年,當時在蘇聯幫助下在遼寧建成並投產第一個工業硅單相雙電極爐。

經過60多年發展,我國硅產業已基本形成以有機硅、高純硅、納米硅材料、工業硅、高純石英為支柱的完整體系。

從規模上看,我國已成為全球硅材料生產大國,其中17年國內工業硅和有機硅單體總產能佔全球比重分別高達78%和53%,硅產業蓬勃發展也帶動了像合盛硅業、新安股份這樣優秀企業的崛起。但是,在某些高端領域,例如半導體材料、硅基電池材料以及有機硅新材料等高附加值產品方面的技術積累、人才儲備、應用規模上同國際先進水平仍有一定的差距。

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華為4月成立的哈勃科技投資有限公司,近日投資了山東天嶽先進材料科技有限公司,持股10%。山東天嶽是我國第三代半導體材料碳化硅龍頭企業。“得碳化硅者得天下”!有業內人士稱。甚至可以說,無碳化硅難5G。我國及全球5G網絡正在大規模建設中。碳化硅材料實現量產後,將打破國外壟斷,推動國內5G芯片技術和生產能力的提升。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷

大數據傳輸、雲計算、AI技術、物聯網,包括下一步的能源傳輸,對網絡傳輸速度及容量提出了越來越高的要求,大功率芯片的市場需求非常大。而硅材料的負載量已到達極限,以硅作為基片的半導體器件性能和能力極限已無可突破的空間。

而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌新一代半導體材料初步發展,中國企業已開始佈局

自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


當前主流的第三代半導體材料為碳化硅與氮化硅,前者多用於高壓場合如智能電網、軌道交通;後者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。

在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


作為第三代半導體的代表材料,碳化硅市場發展迅速。據IHS數據,2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元,而在2023年將會達到16.44億美元,年複合增長率達到26.6%。其中,發展最大的是新能源汽車領域,年複合增長率達到了驚人的81.4%。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


從二十世紀九十年代開始,碳化硅材料開始進入市場化。Cree上世紀末就開始進行碳化硅的研發工作,並在世界各國申請了多項專利,造成技術上的壟斷,制約了其他公司的發展。

羅姆半導體從2000年開始對碳化硅技術的研究,並在2009年收購了SiCrystal;英飛凌擁有雄厚的資本優勢,這導致目前碳化硅市場主要由這三家把控。而碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞、羅姆半導體、II-VI國際公司壟斷。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


在國內如揚傑科技、中車、中電13所等公司及研究機構也加大對碳化硅器件的研究,逐步打破國外公司的封鎖,目前也已經形成完整的碳化硅產業鏈——即上游襯底、中游外延片、下游器件製造。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


整體而言,第三代半導體技術尚處於發展狀態,還有許多不足之處。以當前運用程度最高的碳化硅為例,其技術上尚有幾個缺陷:

材料成本過高。目前碳化硅芯片的工藝不如硅成熟,主要為4英寸晶圓,材料的利用率不高,而Si芯片的晶圓早已經發展到12寸。具體而言,相同規格的產品,碳化硅器件的整體價格達到硅器件的5-6倍。

高溫損耗過大。碳化硅器件雖然能在高溫下運行,但其在高溫條件下產生的高功率損耗很大程度上限制了其應用,這是與器件開發之初的目的相違背的。

封裝技術滯後。目前碳化硅模塊所使用的封裝技術還是沿用硅模塊的設計,其可靠性和壽命均無法滿足其工作溫度的要求。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌硅基新材料:我國轉型硅材料強國,碳化硅半導體蘊藏巨大潛力

硅基材料應用廣泛且重要,我國正從硅材料大國向強國轉型

硅基材料產品類型繁多,可分為無機硅和有機硅類,被廣泛應用於航空航天、電子電器、建築、運輸、能源、化工、紡織、食品、輕工、醫療、農業等行業。

主要領域有:1)高純半導體:高純的單晶硅是重要的半導體材料,可應用於各種集成電路、光伏電池等;2)合金:硅可以用於同其他金屬結合製備合金,用以提升原有性能,如硅鐵合金、硅鋁合金等;3)陶瓷:製備成陶瓷材料,作為耐高溫和結構材料,如碳化硅和氮化硅;4)光導纖維通信材料:純二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纖維,是光導纖維通信的重要材料;5)有機硅化合物:是指含有C-Si鍵、且至少有一個有機基團是直接與硅原子相連的化合物,其產品按形態不同,主要分為硅橡膠、硅樹脂、硅油和硅烷偶聯劑。

我國是硅材料生產大國,但在高端領域仍與國際一流水平有差距。我國硅產業的發展始於1957年,當時在蘇聯幫助下在遼寧建成並投產第一個工業硅單相雙電極爐。

經過60多年發展,我國硅產業已基本形成以有機硅、高純硅、納米硅材料、工業硅、高純石英為支柱的完整體系。

從規模上看,我國已成為全球硅材料生產大國,其中17年國內工業硅和有機硅單體總產能佔全球比重分別高達78%和53%,硅產業蓬勃發展也帶動了像合盛硅業、新安股份這樣優秀企業的崛起。但是,在某些高端領域,例如半導體材料、硅基電池材料以及有機硅新材料等高附加值產品方面的技術積累、人才儲備、應用規模上同國際先進水平仍有一定的差距。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


"

華為4月成立的哈勃科技投資有限公司,近日投資了山東天嶽先進材料科技有限公司,持股10%。山東天嶽是我國第三代半導體材料碳化硅龍頭企業。“得碳化硅者得天下”!有業內人士稱。甚至可以說,無碳化硅難5G。我國及全球5G網絡正在大規模建設中。碳化硅材料實現量產後,將打破國外壟斷,推動國內5G芯片技術和生產能力的提升。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷

大數據傳輸、雲計算、AI技術、物聯網,包括下一步的能源傳輸,對網絡傳輸速度及容量提出了越來越高的要求,大功率芯片的市場需求非常大。而硅材料的負載量已到達極限,以硅作為基片的半導體器件性能和能力極限已無可突破的空間。

而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌新一代半導體材料初步發展,中國企業已開始佈局

自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


當前主流的第三代半導體材料為碳化硅與氮化硅,前者多用於高壓場合如智能電網、軌道交通;後者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。

在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


作為第三代半導體的代表材料,碳化硅市場發展迅速。據IHS數據,2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元,而在2023年將會達到16.44億美元,年複合增長率達到26.6%。其中,發展最大的是新能源汽車領域,年複合增長率達到了驚人的81.4%。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


從二十世紀九十年代開始,碳化硅材料開始進入市場化。Cree上世紀末就開始進行碳化硅的研發工作,並在世界各國申請了多項專利,造成技術上的壟斷,制約了其他公司的發展。

羅姆半導體從2000年開始對碳化硅技術的研究,並在2009年收購了SiCrystal;英飛凌擁有雄厚的資本優勢,這導致目前碳化硅市場主要由這三家把控。而碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞、羅姆半導體、II-VI國際公司壟斷。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


在國內如揚傑科技、中車、中電13所等公司及研究機構也加大對碳化硅器件的研究,逐步打破國外公司的封鎖,目前也已經形成完整的碳化硅產業鏈——即上游襯底、中游外延片、下游器件製造。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


整體而言,第三代半導體技術尚處於發展狀態,還有許多不足之處。以當前運用程度最高的碳化硅為例,其技術上尚有幾個缺陷:

材料成本過高。目前碳化硅芯片的工藝不如硅成熟,主要為4英寸晶圓,材料的利用率不高,而Si芯片的晶圓早已經發展到12寸。具體而言,相同規格的產品,碳化硅器件的整體價格達到硅器件的5-6倍。

高溫損耗過大。碳化硅器件雖然能在高溫下運行,但其在高溫條件下產生的高功率損耗很大程度上限制了其應用,這是與器件開發之初的目的相違背的。

封裝技術滯後。目前碳化硅模塊所使用的封裝技術還是沿用硅模塊的設計,其可靠性和壽命均無法滿足其工作溫度的要求。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌硅基新材料:我國轉型硅材料強國,碳化硅半導體蘊藏巨大潛力

硅基材料應用廣泛且重要,我國正從硅材料大國向強國轉型

硅基材料產品類型繁多,可分為無機硅和有機硅類,被廣泛應用於航空航天、電子電器、建築、運輸、能源、化工、紡織、食品、輕工、醫療、農業等行業。

主要領域有:1)高純半導體:高純的單晶硅是重要的半導體材料,可應用於各種集成電路、光伏電池等;2)合金:硅可以用於同其他金屬結合製備合金,用以提升原有性能,如硅鐵合金、硅鋁合金等;3)陶瓷:製備成陶瓷材料,作為耐高溫和結構材料,如碳化硅和氮化硅;4)光導纖維通信材料:純二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纖維,是光導纖維通信的重要材料;5)有機硅化合物:是指含有C-Si鍵、且至少有一個有機基團是直接與硅原子相連的化合物,其產品按形態不同,主要分為硅橡膠、硅樹脂、硅油和硅烷偶聯劑。

我國是硅材料生產大國,但在高端領域仍與國際一流水平有差距。我國硅產業的發展始於1957年,當時在蘇聯幫助下在遼寧建成並投產第一個工業硅單相雙電極爐。

經過60多年發展,我國硅產業已基本形成以有機硅、高純硅、納米硅材料、工業硅、高純石英為支柱的完整體系。

從規模上看,我國已成為全球硅材料生產大國,其中17年國內工業硅和有機硅單體總產能佔全球比重分別高達78%和53%,硅產業蓬勃發展也帶動了像合盛硅業、新安股份這樣優秀企業的崛起。但是,在某些高端領域,例如半導體材料、硅基電池材料以及有機硅新材料等高附加值產品方面的技術積累、人才儲備、應用規模上同國際先進水平仍有一定的差距。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


我國硅產業發展的優劣勢:我國硅產業快速發展的核心優勢是成本,主要體現在較低的資源(能源)價格、環境成本、資金成本以及較為充足的人力資源儲備。

劣勢則主要在於技術和服務方面,具體包括企業競爭力總體偏弱,尚無世界級品牌,國際影響力不足;尚未掌握核心技術,環境安全和健康理念落後,歷史欠賬過多。

從產業鏈角度看,若我國未來要完成從世界硅材料大國向強國轉型,硅化工的產業升級之路勢在必行。在我國硅產業完善的中上游配套基礎上,注重研發和應用高端、高附加值的硅化工產品是擺在我們面前的核心議題。

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華為4月成立的哈勃科技投資有限公司,近日投資了山東天嶽先進材料科技有限公司,持股10%。山東天嶽是我國第三代半導體材料碳化硅龍頭企業。“得碳化硅者得天下”!有業內人士稱。甚至可以說,無碳化硅難5G。我國及全球5G網絡正在大規模建設中。碳化硅材料實現量產後,將打破國外壟斷,推動國內5G芯片技術和生產能力的提升。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷

大數據傳輸、雲計算、AI技術、物聯網,包括下一步的能源傳輸,對網絡傳輸速度及容量提出了越來越高的要求,大功率芯片的市場需求非常大。而硅材料的負載量已到達極限,以硅作為基片的半導體器件性能和能力極限已無可突破的空間。

而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌新一代半導體材料初步發展,中國企業已開始佈局

自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


當前主流的第三代半導體材料為碳化硅與氮化硅,前者多用於高壓場合如智能電網、軌道交通;後者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。

在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


作為第三代半導體的代表材料,碳化硅市場發展迅速。據IHS數據,2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元,而在2023年將會達到16.44億美元,年複合增長率達到26.6%。其中,發展最大的是新能源汽車領域,年複合增長率達到了驚人的81.4%。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


從二十世紀九十年代開始,碳化硅材料開始進入市場化。Cree上世紀末就開始進行碳化硅的研發工作,並在世界各國申請了多項專利,造成技術上的壟斷,制約了其他公司的發展。

羅姆半導體從2000年開始對碳化硅技術的研究,並在2009年收購了SiCrystal;英飛凌擁有雄厚的資本優勢,這導致目前碳化硅市場主要由這三家把控。而碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞、羅姆半導體、II-VI國際公司壟斷。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


在國內如揚傑科技、中車、中電13所等公司及研究機構也加大對碳化硅器件的研究,逐步打破國外公司的封鎖,目前也已經形成完整的碳化硅產業鏈——即上游襯底、中游外延片、下游器件製造。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


整體而言,第三代半導體技術尚處於發展狀態,還有許多不足之處。以當前運用程度最高的碳化硅為例,其技術上尚有幾個缺陷:

材料成本過高。目前碳化硅芯片的工藝不如硅成熟,主要為4英寸晶圓,材料的利用率不高,而Si芯片的晶圓早已經發展到12寸。具體而言,相同規格的產品,碳化硅器件的整體價格達到硅器件的5-6倍。

高溫損耗過大。碳化硅器件雖然能在高溫下運行,但其在高溫條件下產生的高功率損耗很大程度上限制了其應用,這是與器件開發之初的目的相違背的。

封裝技術滯後。目前碳化硅模塊所使用的封裝技術還是沿用硅模塊的設計,其可靠性和壽命均無法滿足其工作溫度的要求。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌硅基新材料:我國轉型硅材料強國,碳化硅半導體蘊藏巨大潛力

硅基材料應用廣泛且重要,我國正從硅材料大國向強國轉型

硅基材料產品類型繁多,可分為無機硅和有機硅類,被廣泛應用於航空航天、電子電器、建築、運輸、能源、化工、紡織、食品、輕工、醫療、農業等行業。

主要領域有:1)高純半導體:高純的單晶硅是重要的半導體材料,可應用於各種集成電路、光伏電池等;2)合金:硅可以用於同其他金屬結合製備合金,用以提升原有性能,如硅鐵合金、硅鋁合金等;3)陶瓷:製備成陶瓷材料,作為耐高溫和結構材料,如碳化硅和氮化硅;4)光導纖維通信材料:純二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纖維,是光導纖維通信的重要材料;5)有機硅化合物:是指含有C-Si鍵、且至少有一個有機基團是直接與硅原子相連的化合物,其產品按形態不同,主要分為硅橡膠、硅樹脂、硅油和硅烷偶聯劑。

我國是硅材料生產大國,但在高端領域仍與國際一流水平有差距。我國硅產業的發展始於1957年,當時在蘇聯幫助下在遼寧建成並投產第一個工業硅單相雙電極爐。

經過60多年發展,我國硅產業已基本形成以有機硅、高純硅、納米硅材料、工業硅、高純石英為支柱的完整體系。

從規模上看,我國已成為全球硅材料生產大國,其中17年國內工業硅和有機硅單體總產能佔全球比重分別高達78%和53%,硅產業蓬勃發展也帶動了像合盛硅業、新安股份這樣優秀企業的崛起。但是,在某些高端領域,例如半導體材料、硅基電池材料以及有機硅新材料等高附加值產品方面的技術積累、人才儲備、應用規模上同國際先進水平仍有一定的差距。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


我國硅產業發展的優劣勢:我國硅產業快速發展的核心優勢是成本,主要體現在較低的資源(能源)價格、環境成本、資金成本以及較為充足的人力資源儲備。

劣勢則主要在於技術和服務方面,具體包括企業競爭力總體偏弱,尚無世界級品牌,國際影響力不足;尚未掌握核心技術,環境安全和健康理念落後,歷史欠賬過多。

從產業鏈角度看,若我國未來要完成從世界硅材料大國向強國轉型,硅化工的產業升級之路勢在必行。在我國硅產業完善的中上游配套基礎上,注重研發和應用高端、高附加值的硅化工產品是擺在我們面前的核心議題。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌第三代半導體材料—碳化硅SiC

碳化硅半導體產業蘊藏巨大潛力,目前被少數發達國家壟斷

碳化硅半導體是繼第一代半導體(硅Si)和第二代半導體(砷化鎵GaAs)後的第三代半導體材料。

性能方面,以碳化硅為代表的第三代半導體材料擁有更高的禁帶寬度、擊穿電場和熱導率,其優越性能使其在微波功率器件領域應用中蘊藏巨大前景,非常適用於製作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件。

因此,日、美、德、俄等國都在花大力研究,目前被少數發達國家壟斷封鎖並對我國實施禁運。

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華為4月成立的哈勃科技投資有限公司,近日投資了山東天嶽先進材料科技有限公司,持股10%。山東天嶽是我國第三代半導體材料碳化硅龍頭企業。“得碳化硅者得天下”!有業內人士稱。甚至可以說,無碳化硅難5G。我國及全球5G網絡正在大規模建設中。碳化硅材料實現量產後,將打破國外壟斷,推動國內5G芯片技術和生產能力的提升。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷

大數據傳輸、雲計算、AI技術、物聯網,包括下一步的能源傳輸,對網絡傳輸速度及容量提出了越來越高的要求,大功率芯片的市場需求非常大。而硅材料的負載量已到達極限,以硅作為基片的半導體器件性能和能力極限已無可突破的空間。

而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌新一代半導體材料初步發展,中國企業已開始佈局

自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


當前主流的第三代半導體材料為碳化硅與氮化硅,前者多用於高壓場合如智能電網、軌道交通;後者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。

在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


作為第三代半導體的代表材料,碳化硅市場發展迅速。據IHS數據,2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元,而在2023年將會達到16.44億美元,年複合增長率達到26.6%。其中,發展最大的是新能源汽車領域,年複合增長率達到了驚人的81.4%。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


從二十世紀九十年代開始,碳化硅材料開始進入市場化。Cree上世紀末就開始進行碳化硅的研發工作,並在世界各國申請了多項專利,造成技術上的壟斷,制約了其他公司的發展。

羅姆半導體從2000年開始對碳化硅技術的研究,並在2009年收購了SiCrystal;英飛凌擁有雄厚的資本優勢,這導致目前碳化硅市場主要由這三家把控。而碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞、羅姆半導體、II-VI國際公司壟斷。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


在國內如揚傑科技、中車、中電13所等公司及研究機構也加大對碳化硅器件的研究,逐步打破國外公司的封鎖,目前也已經形成完整的碳化硅產業鏈——即上游襯底、中游外延片、下游器件製造。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


整體而言,第三代半導體技術尚處於發展狀態,還有許多不足之處。以當前運用程度最高的碳化硅為例,其技術上尚有幾個缺陷:

材料成本過高。目前碳化硅芯片的工藝不如硅成熟,主要為4英寸晶圓,材料的利用率不高,而Si芯片的晶圓早已經發展到12寸。具體而言,相同規格的產品,碳化硅器件的整體價格達到硅器件的5-6倍。

高溫損耗過大。碳化硅器件雖然能在高溫下運行,但其在高溫條件下產生的高功率損耗很大程度上限制了其應用,這是與器件開發之初的目的相違背的。

封裝技術滯後。目前碳化硅模塊所使用的封裝技術還是沿用硅模塊的設計,其可靠性和壽命均無法滿足其工作溫度的要求。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌硅基新材料:我國轉型硅材料強國,碳化硅半導體蘊藏巨大潛力

硅基材料應用廣泛且重要,我國正從硅材料大國向強國轉型

硅基材料產品類型繁多,可分為無機硅和有機硅類,被廣泛應用於航空航天、電子電器、建築、運輸、能源、化工、紡織、食品、輕工、醫療、農業等行業。

主要領域有:1)高純半導體:高純的單晶硅是重要的半導體材料,可應用於各種集成電路、光伏電池等;2)合金:硅可以用於同其他金屬結合製備合金,用以提升原有性能,如硅鐵合金、硅鋁合金等;3)陶瓷:製備成陶瓷材料,作為耐高溫和結構材料,如碳化硅和氮化硅;4)光導纖維通信材料:純二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纖維,是光導纖維通信的重要材料;5)有機硅化合物:是指含有C-Si鍵、且至少有一個有機基團是直接與硅原子相連的化合物,其產品按形態不同,主要分為硅橡膠、硅樹脂、硅油和硅烷偶聯劑。

我國是硅材料生產大國,但在高端領域仍與國際一流水平有差距。我國硅產業的發展始於1957年,當時在蘇聯幫助下在遼寧建成並投產第一個工業硅單相雙電極爐。

經過60多年發展,我國硅產業已基本形成以有機硅、高純硅、納米硅材料、工業硅、高純石英為支柱的完整體系。

從規模上看,我國已成為全球硅材料生產大國,其中17年國內工業硅和有機硅單體總產能佔全球比重分別高達78%和53%,硅產業蓬勃發展也帶動了像合盛硅業、新安股份這樣優秀企業的崛起。但是,在某些高端領域,例如半導體材料、硅基電池材料以及有機硅新材料等高附加值產品方面的技術積累、人才儲備、應用規模上同國際先進水平仍有一定的差距。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


我國硅產業發展的優劣勢:我國硅產業快速發展的核心優勢是成本,主要體現在較低的資源(能源)價格、環境成本、資金成本以及較為充足的人力資源儲備。

劣勢則主要在於技術和服務方面,具體包括企業競爭力總體偏弱,尚無世界級品牌,國際影響力不足;尚未掌握核心技術,環境安全和健康理念落後,歷史欠賬過多。

從產業鏈角度看,若我國未來要完成從世界硅材料大國向強國轉型,硅化工的產業升級之路勢在必行。在我國硅產業完善的中上游配套基礎上,注重研發和應用高端、高附加值的硅化工產品是擺在我們面前的核心議題。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌第三代半導體材料—碳化硅SiC

碳化硅半導體產業蘊藏巨大潛力,目前被少數發達國家壟斷

碳化硅半導體是繼第一代半導體(硅Si)和第二代半導體(砷化鎵GaAs)後的第三代半導體材料。

性能方面,以碳化硅為代表的第三代半導體材料擁有更高的禁帶寬度、擊穿電場和熱導率,其優越性能使其在微波功率器件領域應用中蘊藏巨大前景,非常適用於製作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件。

因此,日、美、德、俄等國都在花大力研究,目前被少數發達國家壟斷封鎖並對我國實施禁運。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


碳化硅半導體的完整產業鏈包括:碳化硅-晶錠-襯底-外延-芯片-器件-模塊,其下游應用包括半導體照明、電子電力器件、激光器和探測儀以及其他應用。

"

華為4月成立的哈勃科技投資有限公司,近日投資了山東天嶽先進材料科技有限公司,持股10%。山東天嶽是我國第三代半導體材料碳化硅龍頭企業。“得碳化硅者得天下”!有業內人士稱。甚至可以說,無碳化硅難5G。我國及全球5G網絡正在大規模建設中。碳化硅材料實現量產後,將打破國外壟斷,推動國內5G芯片技術和生產能力的提升。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷

大數據傳輸、雲計算、AI技術、物聯網,包括下一步的能源傳輸,對網絡傳輸速度及容量提出了越來越高的要求,大功率芯片的市場需求非常大。而硅材料的負載量已到達極限,以硅作為基片的半導體器件性能和能力極限已無可突破的空間。

而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌新一代半導體材料初步發展,中國企業已開始佈局

自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


當前主流的第三代半導體材料為碳化硅與氮化硅,前者多用於高壓場合如智能電網、軌道交通;後者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。

在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


作為第三代半導體的代表材料,碳化硅市場發展迅速。據IHS數據,2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元,而在2023年將會達到16.44億美元,年複合增長率達到26.6%。其中,發展最大的是新能源汽車領域,年複合增長率達到了驚人的81.4%。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


從二十世紀九十年代開始,碳化硅材料開始進入市場化。Cree上世紀末就開始進行碳化硅的研發工作,並在世界各國申請了多項專利,造成技術上的壟斷,制約了其他公司的發展。

羅姆半導體從2000年開始對碳化硅技術的研究,並在2009年收購了SiCrystal;英飛凌擁有雄厚的資本優勢,這導致目前碳化硅市場主要由這三家把控。而碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞、羅姆半導體、II-VI國際公司壟斷。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


在國內如揚傑科技、中車、中電13所等公司及研究機構也加大對碳化硅器件的研究,逐步打破國外公司的封鎖,目前也已經形成完整的碳化硅產業鏈——即上游襯底、中游外延片、下游器件製造。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


整體而言,第三代半導體技術尚處於發展狀態,還有許多不足之處。以當前運用程度最高的碳化硅為例,其技術上尚有幾個缺陷:

材料成本過高。目前碳化硅芯片的工藝不如硅成熟,主要為4英寸晶圓,材料的利用率不高,而Si芯片的晶圓早已經發展到12寸。具體而言,相同規格的產品,碳化硅器件的整體價格達到硅器件的5-6倍。

高溫損耗過大。碳化硅器件雖然能在高溫下運行,但其在高溫條件下產生的高功率損耗很大程度上限制了其應用,這是與器件開發之初的目的相違背的。

封裝技術滯後。目前碳化硅模塊所使用的封裝技術還是沿用硅模塊的設計,其可靠性和壽命均無法滿足其工作溫度的要求。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌硅基新材料:我國轉型硅材料強國,碳化硅半導體蘊藏巨大潛力

硅基材料應用廣泛且重要,我國正從硅材料大國向強國轉型

硅基材料產品類型繁多,可分為無機硅和有機硅類,被廣泛應用於航空航天、電子電器、建築、運輸、能源、化工、紡織、食品、輕工、醫療、農業等行業。

主要領域有:1)高純半導體:高純的單晶硅是重要的半導體材料,可應用於各種集成電路、光伏電池等;2)合金:硅可以用於同其他金屬結合製備合金,用以提升原有性能,如硅鐵合金、硅鋁合金等;3)陶瓷:製備成陶瓷材料,作為耐高溫和結構材料,如碳化硅和氮化硅;4)光導纖維通信材料:純二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纖維,是光導纖維通信的重要材料;5)有機硅化合物:是指含有C-Si鍵、且至少有一個有機基團是直接與硅原子相連的化合物,其產品按形態不同,主要分為硅橡膠、硅樹脂、硅油和硅烷偶聯劑。

我國是硅材料生產大國,但在高端領域仍與國際一流水平有差距。我國硅產業的發展始於1957年,當時在蘇聯幫助下在遼寧建成並投產第一個工業硅單相雙電極爐。

經過60多年發展,我國硅產業已基本形成以有機硅、高純硅、納米硅材料、工業硅、高純石英為支柱的完整體系。

從規模上看,我國已成為全球硅材料生產大國,其中17年國內工業硅和有機硅單體總產能佔全球比重分別高達78%和53%,硅產業蓬勃發展也帶動了像合盛硅業、新安股份這樣優秀企業的崛起。但是,在某些高端領域,例如半導體材料、硅基電池材料以及有機硅新材料等高附加值產品方面的技術積累、人才儲備、應用規模上同國際先進水平仍有一定的差距。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


我國硅產業發展的優劣勢:我國硅產業快速發展的核心優勢是成本,主要體現在較低的資源(能源)價格、環境成本、資金成本以及較為充足的人力資源儲備。

劣勢則主要在於技術和服務方面,具體包括企業競爭力總體偏弱,尚無世界級品牌,國際影響力不足;尚未掌握核心技術,環境安全和健康理念落後,歷史欠賬過多。

從產業鏈角度看,若我國未來要完成從世界硅材料大國向強國轉型,硅化工的產業升級之路勢在必行。在我國硅產業完善的中上游配套基礎上,注重研發和應用高端、高附加值的硅化工產品是擺在我們面前的核心議題。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌第三代半導體材料—碳化硅SiC

碳化硅半導體產業蘊藏巨大潛力,目前被少數發達國家壟斷

碳化硅半導體是繼第一代半導體(硅Si)和第二代半導體(砷化鎵GaAs)後的第三代半導體材料。

性能方面,以碳化硅為代表的第三代半導體材料擁有更高的禁帶寬度、擊穿電場和熱導率,其優越性能使其在微波功率器件領域應用中蘊藏巨大前景,非常適用於製作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件。

因此,日、美、德、俄等國都在花大力研究,目前被少數發達國家壟斷封鎖並對我國實施禁運。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


碳化硅半導體的完整產業鏈包括:碳化硅-晶錠-襯底-外延-芯片-器件-模塊,其下游應用包括半導體照明、電子電力器件、激光器和探測儀以及其他應用。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


碳化硅半導體市場規模有望快速增長

碳化硅器件正在廣泛應用於電力電子領域中,典型市場包括軌交、功率因數校正電源(PFC)、風電(Wind)、光伏(PV)、新能源汽車(EV/HEV)、充電樁、不間斷電源(UPS)等。

根據法國知名電子供應鏈市場研究機構Yole數據,預計到2020年全球SiC應用市場規模將達到5億美元,而到2022年市場規模將會進一步達到10億美元,其中2016-20年的複合增速為28%,同時隨著下游電動車產業驅動,2020-22年的複合增速將達到40%。

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華為4月成立的哈勃科技投資有限公司,近日投資了山東天嶽先進材料科技有限公司,持股10%。山東天嶽是我國第三代半導體材料碳化硅龍頭企業。“得碳化硅者得天下”!有業內人士稱。甚至可以說,無碳化硅難5G。我國及全球5G網絡正在大規模建設中。碳化硅材料實現量產後,將打破國外壟斷,推動國內5G芯片技術和生產能力的提升。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷

大數據傳輸、雲計算、AI技術、物聯網,包括下一步的能源傳輸,對網絡傳輸速度及容量提出了越來越高的要求,大功率芯片的市場需求非常大。而硅材料的負載量已到達極限,以硅作為基片的半導體器件性能和能力極限已無可突破的空間。

而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌新一代半導體材料初步發展,中國企業已開始佈局

自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


當前主流的第三代半導體材料為碳化硅與氮化硅,前者多用於高壓場合如智能電網、軌道交通;後者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。

在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


作為第三代半導體的代表材料,碳化硅市場發展迅速。據IHS數據,2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元,而在2023年將會達到16.44億美元,年複合增長率達到26.6%。其中,發展最大的是新能源汽車領域,年複合增長率達到了驚人的81.4%。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


從二十世紀九十年代開始,碳化硅材料開始進入市場化。Cree上世紀末就開始進行碳化硅的研發工作,並在世界各國申請了多項專利,造成技術上的壟斷,制約了其他公司的發展。

羅姆半導體從2000年開始對碳化硅技術的研究,並在2009年收購了SiCrystal;英飛凌擁有雄厚的資本優勢,這導致目前碳化硅市場主要由這三家把控。而碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞、羅姆半導體、II-VI國際公司壟斷。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


在國內如揚傑科技、中車、中電13所等公司及研究機構也加大對碳化硅器件的研究,逐步打破國外公司的封鎖,目前也已經形成完整的碳化硅產業鏈——即上游襯底、中游外延片、下游器件製造。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


整體而言,第三代半導體技術尚處於發展狀態,還有許多不足之處。以當前運用程度最高的碳化硅為例,其技術上尚有幾個缺陷:

材料成本過高。目前碳化硅芯片的工藝不如硅成熟,主要為4英寸晶圓,材料的利用率不高,而Si芯片的晶圓早已經發展到12寸。具體而言,相同規格的產品,碳化硅器件的整體價格達到硅器件的5-6倍。

高溫損耗過大。碳化硅器件雖然能在高溫下運行,但其在高溫條件下產生的高功率損耗很大程度上限制了其應用,這是與器件開發之初的目的相違背的。

封裝技術滯後。目前碳化硅模塊所使用的封裝技術還是沿用硅模塊的設計,其可靠性和壽命均無法滿足其工作溫度的要求。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌硅基新材料:我國轉型硅材料強國,碳化硅半導體蘊藏巨大潛力

硅基材料應用廣泛且重要,我國正從硅材料大國向強國轉型

硅基材料產品類型繁多,可分為無機硅和有機硅類,被廣泛應用於航空航天、電子電器、建築、運輸、能源、化工、紡織、食品、輕工、醫療、農業等行業。

主要領域有:1)高純半導體:高純的單晶硅是重要的半導體材料,可應用於各種集成電路、光伏電池等;2)合金:硅可以用於同其他金屬結合製備合金,用以提升原有性能,如硅鐵合金、硅鋁合金等;3)陶瓷:製備成陶瓷材料,作為耐高溫和結構材料,如碳化硅和氮化硅;4)光導纖維通信材料:純二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纖維,是光導纖維通信的重要材料;5)有機硅化合物:是指含有C-Si鍵、且至少有一個有機基團是直接與硅原子相連的化合物,其產品按形態不同,主要分為硅橡膠、硅樹脂、硅油和硅烷偶聯劑。

我國是硅材料生產大國,但在高端領域仍與國際一流水平有差距。我國硅產業的發展始於1957年,當時在蘇聯幫助下在遼寧建成並投產第一個工業硅單相雙電極爐。

經過60多年發展,我國硅產業已基本形成以有機硅、高純硅、納米硅材料、工業硅、高純石英為支柱的完整體系。

從規模上看,我國已成為全球硅材料生產大國,其中17年國內工業硅和有機硅單體總產能佔全球比重分別高達78%和53%,硅產業蓬勃發展也帶動了像合盛硅業、新安股份這樣優秀企業的崛起。但是,在某些高端領域,例如半導體材料、硅基電池材料以及有機硅新材料等高附加值產品方面的技術積累、人才儲備、應用規模上同國際先進水平仍有一定的差距。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


我國硅產業發展的優劣勢:我國硅產業快速發展的核心優勢是成本,主要體現在較低的資源(能源)價格、環境成本、資金成本以及較為充足的人力資源儲備。

劣勢則主要在於技術和服務方面,具體包括企業競爭力總體偏弱,尚無世界級品牌,國際影響力不足;尚未掌握核心技術,環境安全和健康理念落後,歷史欠賬過多。

從產業鏈角度看,若我國未來要完成從世界硅材料大國向強國轉型,硅化工的產業升級之路勢在必行。在我國硅產業完善的中上游配套基礎上,注重研發和應用高端、高附加值的硅化工產品是擺在我們面前的核心議題。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌第三代半導體材料—碳化硅SiC

碳化硅半導體產業蘊藏巨大潛力,目前被少數發達國家壟斷

碳化硅半導體是繼第一代半導體(硅Si)和第二代半導體(砷化鎵GaAs)後的第三代半導體材料。

性能方面,以碳化硅為代表的第三代半導體材料擁有更高的禁帶寬度、擊穿電場和熱導率,其優越性能使其在微波功率器件領域應用中蘊藏巨大前景,非常適用於製作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件。

因此,日、美、德、俄等國都在花大力研究,目前被少數發達國家壟斷封鎖並對我國實施禁運。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


碳化硅半導體的完整產業鏈包括:碳化硅-晶錠-襯底-外延-芯片-器件-模塊,其下游應用包括半導體照明、電子電力器件、激光器和探測儀以及其他應用。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


碳化硅半導體市場規模有望快速增長

碳化硅器件正在廣泛應用於電力電子領域中,典型市場包括軌交、功率因數校正電源(PFC)、風電(Wind)、光伏(PV)、新能源汽車(EV/HEV)、充電樁、不間斷電源(UPS)等。

根據法國知名電子供應鏈市場研究機構Yole數據,預計到2020年全球SiC應用市場規模將達到5億美元,而到2022年市場規模將會進一步達到10億美元,其中2016-20年的複合增速為28%,同時隨著下游電動車產業驅動,2020-22年的複合增速將達到40%。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


全球碳化硅產業美歐日三足鼎立

目前,全球碳化硅產業格局呈現美、歐、日三足鼎立格局,其中美國一家獨大(全球70-80%的碳化硅半導體產量來自美國公司);歐洲在碳化硅襯底、外延、器件以及應用方面擁有完整的產業鏈;日本是設備和模塊開發方面的絕對領先者。

阻礙國內第三代半導體研究進展的主要問題有:1.原材料瓶頸:製備SiC晶圓的設備較為空缺,大多需要進口;2.原始創新問題:相關科研院所和生產企業大都難以忍受長期“只投入、不產出”的現狀;3.人才隊伍建設問題。

但是,與在第一代、第二代半導體材料及集成電路產業上的多年落後、很難追趕國際先進水平的形勢不同,我國在第三代半導體領域的研究工作和世界前沿的差距相對較小,也積累了一定的基礎,湧現了一批例如天科合達、山東天嶽、泰科天潤等在內的優秀企業。

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華為4月成立的哈勃科技投資有限公司,近日投資了山東天嶽先進材料科技有限公司,持股10%。山東天嶽是我國第三代半導體材料碳化硅龍頭企業。“得碳化硅者得天下”!有業內人士稱。甚至可以說,無碳化硅難5G。我國及全球5G網絡正在大規模建設中。碳化硅材料實現量產後,將打破國外壟斷,推動國內5G芯片技術和生產能力的提升。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷

大數據傳輸、雲計算、AI技術、物聯網,包括下一步的能源傳輸,對網絡傳輸速度及容量提出了越來越高的要求,大功率芯片的市場需求非常大。而硅材料的負載量已到達極限,以硅作為基片的半導體器件性能和能力極限已無可突破的空間。

而碳化硅是製造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想襯底材料,綜合性能較硅材料可提升上千倍,被譽為固態光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”,是光電子和微電子等產業的“新發動機”。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


▌新一代半導體材料初步發展,中國企業已開始佈局

自從1957年第一個硅二極管問世以來,硅材料由於其穩定的性質、製取方法簡單、低廉的成本等因素,迅速成為功率半導體核心材料,但硅器件性能已經逐漸接近其物理極限。但隨著科技的發展,軌道交通、智能電網對功率半導體提出了更高耐壓的需求,工業控制、5G設備則需要更高的響應頻率。

第三代半導體材料可以滿足現代社會對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等新要求,且其擁有體積小、汙染少、運行損耗低等經濟和環保效益,因此第三代半導體材料正逐步成為發展的重心。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


當前主流的第三代半導體材料為碳化硅與氮化硅,前者多用於高壓場合如智能電網、軌道交通;後者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。

在碳化硅方面,國內公司已經逐步形成完整產業鏈,可以生產新一代的碳化硅功率半導體;在氮化鎵方面,國內目前諸多高等院校、研究機構、公司廠商,已經進行了大量研究,擁有大量的專利技術;在氧化鋅方面,國內已經成功生長出近兩英寸的單晶片,處於世界領先水平。

華為出手,投資第三代半導體材料碳化硅,量產後將打破國外壟斷


作為第三代半導體的代表材料,碳化硅市場發展迅速。據IHS數據,2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元,而在2023年將會達到16.44億美元,年複合增長率達到26.6%。其中,發展最大的是新能源汽車領域,年複合增長率達到了驚人的81.4%。

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從二十世紀九十年代開始,碳化硅材料開始進入市場化。Cree上世紀末就開始進行碳化硅的研發工作,並在世界各國申請了多項專利,造成技術上的壟斷,制約了其他公司的發展。

羅姆半導體從2000年開始對碳化硅技術的研究,並在2009年收購了SiCrystal;英飛凌擁有雄厚的資本優勢,這導致目前碳化硅市場主要由這三家把控。而碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞、羅姆半導體、II-VI國際公司壟斷。

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在國內如揚傑科技、中車、中電13所等公司及研究機構也加大對碳化硅器件的研究,逐步打破國外公司的封鎖,目前也已經形成完整的碳化硅產業鏈——即上游襯底、中游外延片、下游器件製造。

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整體而言,第三代半導體技術尚處於發展狀態,還有許多不足之處。以當前運用程度最高的碳化硅為例,其技術上尚有幾個缺陷:

材料成本過高。目前碳化硅芯片的工藝不如硅成熟,主要為4英寸晶圓,材料的利用率不高,而Si芯片的晶圓早已經發展到12寸。具體而言,相同規格的產品,碳化硅器件的整體價格達到硅器件的5-6倍。

高溫損耗過大。碳化硅器件雖然能在高溫下運行,但其在高溫條件下產生的高功率損耗很大程度上限制了其應用,這是與器件開發之初的目的相違背的。

封裝技術滯後。目前碳化硅模塊所使用的封裝技術還是沿用硅模塊的設計,其可靠性和壽命均無法滿足其工作溫度的要求。

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▌硅基新材料:我國轉型硅材料強國,碳化硅半導體蘊藏巨大潛力

硅基材料應用廣泛且重要,我國正從硅材料大國向強國轉型

硅基材料產品類型繁多,可分為無機硅和有機硅類,被廣泛應用於航空航天、電子電器、建築、運輸、能源、化工、紡織、食品、輕工、醫療、農業等行業。

主要領域有:1)高純半導體:高純的單晶硅是重要的半導體材料,可應用於各種集成電路、光伏電池等;2)合金:硅可以用於同其他金屬結合製備合金,用以提升原有性能,如硅鐵合金、硅鋁合金等;3)陶瓷:製備成陶瓷材料,作為耐高溫和結構材料,如碳化硅和氮化硅;4)光導纖維通信材料:純二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纖維,是光導纖維通信的重要材料;5)有機硅化合物:是指含有C-Si鍵、且至少有一個有機基團是直接與硅原子相連的化合物,其產品按形態不同,主要分為硅橡膠、硅樹脂、硅油和硅烷偶聯劑。

我國是硅材料生產大國,但在高端領域仍與國際一流水平有差距。我國硅產業的發展始於1957年,當時在蘇聯幫助下在遼寧建成並投產第一個工業硅單相雙電極爐。

經過60多年發展,我國硅產業已基本形成以有機硅、高純硅、納米硅材料、工業硅、高純石英為支柱的完整體系。

從規模上看,我國已成為全球硅材料生產大國,其中17年國內工業硅和有機硅單體總產能佔全球比重分別高達78%和53%,硅產業蓬勃發展也帶動了像合盛硅業、新安股份這樣優秀企業的崛起。但是,在某些高端領域,例如半導體材料、硅基電池材料以及有機硅新材料等高附加值產品方面的技術積累、人才儲備、應用規模上同國際先進水平仍有一定的差距。

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我國硅產業發展的優劣勢:我國硅產業快速發展的核心優勢是成本,主要體現在較低的資源(能源)價格、環境成本、資金成本以及較為充足的人力資源儲備。

劣勢則主要在於技術和服務方面,具體包括企業競爭力總體偏弱,尚無世界級品牌,國際影響力不足;尚未掌握核心技術,環境安全和健康理念落後,歷史欠賬過多。

從產業鏈角度看,若我國未來要完成從世界硅材料大國向強國轉型,硅化工的產業升級之路勢在必行。在我國硅產業完善的中上游配套基礎上,注重研發和應用高端、高附加值的硅化工產品是擺在我們面前的核心議題。

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▌第三代半導體材料—碳化硅SiC

碳化硅半導體產業蘊藏巨大潛力,目前被少數發達國家壟斷

碳化硅半導體是繼第一代半導體(硅Si)和第二代半導體(砷化鎵GaAs)後的第三代半導體材料。

性能方面,以碳化硅為代表的第三代半導體材料擁有更高的禁帶寬度、擊穿電場和熱導率,其優越性能使其在微波功率器件領域應用中蘊藏巨大前景,非常適用於製作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件。

因此,日、美、德、俄等國都在花大力研究,目前被少數發達國家壟斷封鎖並對我國實施禁運。

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碳化硅半導體的完整產業鏈包括:碳化硅-晶錠-襯底-外延-芯片-器件-模塊,其下游應用包括半導體照明、電子電力器件、激光器和探測儀以及其他應用。

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碳化硅半導體市場規模有望快速增長

碳化硅器件正在廣泛應用於電力電子領域中,典型市場包括軌交、功率因數校正電源(PFC)、風電(Wind)、光伏(PV)、新能源汽車(EV/HEV)、充電樁、不間斷電源(UPS)等。

根據法國知名電子供應鏈市場研究機構Yole數據,預計到2020年全球SiC應用市場規模將達到5億美元,而到2022年市場規模將會進一步達到10億美元,其中2016-20年的複合增速為28%,同時隨著下游電動車產業驅動,2020-22年的複合增速將達到40%。

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全球碳化硅產業美歐日三足鼎立

目前,全球碳化硅產業格局呈現美、歐、日三足鼎立格局,其中美國一家獨大(全球70-80%的碳化硅半導體產量來自美國公司);歐洲在碳化硅襯底、外延、器件以及應用方面擁有完整的產業鏈;日本是設備和模塊開發方面的絕對領先者。

阻礙國內第三代半導體研究進展的主要問題有:1.原材料瓶頸:製備SiC晶圓的設備較為空缺,大多需要進口;2.原始創新問題:相關科研院所和生產企業大都難以忍受長期“只投入、不產出”的現狀;3.人才隊伍建設問題。

但是,與在第一代、第二代半導體材料及集成電路產業上的多年落後、很難追趕國際先進水平的形勢不同,我國在第三代半導體領域的研究工作和世界前沿的差距相對較小,也積累了一定的基礎,湧現了一批例如天科合達、山東天嶽、泰科天潤等在內的優秀企業。

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▌國內碳化硅產業龍頭:泰科天潤、山東天嶽

泰科天潤:國內碳化硅(SiC)功率器件產業化的領軍企業

泰科天潤作為中國首家第三代半導體材料碳化硅器件製造與應用解決方案提供商,既是碳化硅芯片製造的龍頭企業,也是支撐高端製造業的新興力量。公司近期成功完成了新一輪的融資,參與的機構有三峽建信、廣發乾和和拓金資本,已經完成了對泰科天潤近億元的C輪投資。

幾家產業資本大力進入碳化硅產業,將進一步推動國產碳化硅功率器件在工業各領域,尤其是新能源光伏逆變、電動汽車和變頻空調等領域,實現更為廣泛的產業化應用。

當前國際碳化硅領域正在步入快速發展的階段,國際碳化硅生產企業與上游材料廠商紛紛鎖定長期供貨合同,同時從下游來看,碳化硅功率器件在特斯拉等商業應用持續深化,這一方面刺激著國內對於新材料半導體領域的投資熱度,另一方面又警醒中國碳化硅功率器件亟需加大力度、追趕國際同行。

山東天嶽:全球第4家碳化硅襯底材料量產企業

山東天嶽是全球第4家碳化硅襯底材料量產的企業,是中國寬禁帶半導體材料領域當之無愧的獨角獸。主要產品技術難度極高,全球僅4家量產。

這家新材料企業自2010年建立,僅用8年的時間就成長為國際先進的碳化硅半導體材料高技術企業,其主要產品碳化硅襯底作為新一代半導體材料的代表,廣泛應用於電力輸送、航空航天、新能源汽車、半導體照明、5G通訊等技術領域。

碳化硅半導體是5G通訊和物聯網的基礎材料。基於此,2016年山東天嶽“寬禁帶功率半導體產業鏈項目”被國家發展改革委納入《國家集成電路“十三五”重大生產力佈局》項目,這也是山東省唯一的納入該重大布局的項目。近期企業高品質大尺寸寬禁帶半導體碳化硅單晶襯底研發及產業化等三個項目列入山東省新舊動能轉換重點工程項目,將成為新舊動能轉換的有力助推器。

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