基本半導體：功率半導體的碳化硅時代

作為第三代半導體材料的代表，碳化硅已被廣泛應用于功率器件的制造。隨著新能源汽車、工業電源、光伏儲能等領域的發展，碳化硅市場正在迅速擴大。

11月23日，上海浦東臨港，在由臨港集團主辦、臨港科投與AspenCore承辦的“2023中國臨港國際半導體大會”同期舉辦的“汽車半導體峰會”上，基本半導體總經理和巍巍以“功率半導體的碳化硅時代”為主題，分享了碳化硅市場概述及碳化硅技術的發展趨勢。

碳化硅市場將保持高速增長態勢

目前，全球碳化硅產業處于快速發展階段。據市場研究機構預測，未來幾年碳化硅市場將保持高速增長態勢。根據公開信息統計，2022年全球碳化硅市場份額約為18億美元，該數據包括多家上市公司，如意法半導體、英飛凌、Wolfspeed和安森美羅姆等。

根據機構統計，2022年意法碳化硅功率器件的市占率約為37%-40%，英飛凌和Wolfspeed市占率分別為19%和20%左右，安森美緊隨隨后，份額為14%。最后，根據數據來源的不同，羅姆市占率在7%-11%之間。

這些公司在2023年的財務指引顯示，其營收可能達到約34億美元，增長速度接近100%。

據預測，到2028年，該市場規模將增長到約89億美元，其中電動汽車市場的占比將繼續擴大。到2030年，碳化硅器件市占率預期總和已超過100%。

隨著技術的不斷進步和成本的降低，碳化硅的應用領域將不斷擴大。未來幾年，電力電子、新能源、汽車制造等領域對碳化硅的需求將繼續保持高速增長。同時，5G通信、物聯網、人工智能等新興領域也將為碳化硅產業帶來巨大的發展機遇。

和巍巍表示：“幾乎所有的大型半導體廠商都在積極投入資金，擴大生產規模，從幾億美元到幾十億美元不等。這充分顯示了行業對碳化硅未來發展的樂觀態度?！?/p>

除了在電動汽車領域的應用外，碳化硅在工業電源、光伏儲能和軌道交通等領域也有廣泛應用。例如，工業電源、服務器電源和5G基站電源等都大量使用碳化硅二極管。

在光伏領域，碳化硅主要用于光伏逆變器中的Boost升壓和DC-AC逆變。此外，碳化硅二極管或碳化硅MOSFET在新能源車型中也得到了廣泛應用。據統計，截至今年10月，國內銷售的新能源汽車已超過700萬輛，預計到年底將達到900萬輛，滲透率達到33%。

隨著新能源汽車的快速發展，電驅系統也出現了一些新的應用趨勢，三合一電驅成為主流，同時800V系統也在快速發展中。

碳化硅技術的發展趨勢及挑戰

碳化硅產業鏈涵蓋多個環節，從碳化硅高純粉末到碳化硅器件，碳化硅要經過切、磨、拋、外延生長、光刻、刻蝕等多道工序，如果是開關器件還要驅動集成到設備里。

碳化硅材料的單晶生長技術主要包括PVT（物理氣相輸運法），HT-CVD（高溫化學氣相沉積法），LPG（液相生長法）等。其中，PVT是目前最常用的方法，是非常成熟的SiC材料單晶生長技術。和巍巍認為，按生長技術的成熟度來排序，依次是PVT＞HT-CVD＞液相生長。

外延設備主要技術路線有三種，分別是水平反應室、行星式反應室、頂噴垂直氣流反應室。由于行星式生產效率更高，因此和巍巍推測該技術目前應用最多。

在碳化硅功率器件技術方面，雖然溝槽型一度被認為是最優選擇，但平面型碳化硅MOSFET已經展現出極具競爭力的性能，特別是在高溫下提導通阻提升比例比溝槽要小，這就會讓平面型在高溫下優勢更加明顯。和巍巍認為，在未來很長一段時間還是平面型和溝槽型共存的狀態。

碳化硅器件的高功率密度，高結溫特性，高頻特性要求現有封裝技術帶來更多的創新。和巍巍指出，在碳化硅模塊里，大概60%-70%都是芯片成本，所以封裝用更好的封裝材料、封裝技術把60%的芯片潛力充分發揮。

目前碳化硅技術的挑戰之一是改善和提高8寸大尺寸SiC晶片產量，因EV市場快速擴張引起的n-4H-SiC晶片需求的增大，使得SiC制造需要改善和提高晶片產量方法，一些方法可使晶體引入應力，并在下游制造中顯現出來（如外延后）。此外，還需聚焦晶體缺陷（TSD、BPD）降低與可視化檢測，以及降低4H-SiC晶片成本。

此外，MOSFET器件也面臨降低成本和增加可靠性的挑戰。和巍巍指出，MOSFET器件要實現滿足市場需求的量產，需要大量資本投資，如與襯底廠商垂直整合，向200mm晶圓過渡，支撐指數式市場增長。

關于降低成本方面，特斯拉今年提出要減少75%的碳化硅用料，基本半導體對此進行了深入的分析，并認為特斯拉可能會采取硅和碳化硅并聯的方案。通過在IGBT基礎上增加一小部分碳化硅，雖然成本增加了百分之五六十，但效率損耗卻減少了更多。另外一種方案是在全碳化硅MOSFET上替換為硅的IGBT，這樣成本會降低，損耗會相應增加。但是，由于加入了IGBT，器件的抗短路能力會得到提高，從而提高了可靠性。

和巍?。骸按_定硅和碳化硅的配比是一個關鍵的難點，因為它們具有不同的特性和保護方式。為了解決這個問題，我們需要專業的驅動芯片來完成配比和保護，否則電路板上放置12個驅動芯片將會非常困難?！?/p>

總之，特斯拉提出的減少碳化硅用料的方案需要進一步的技術研發和定制驅動芯片的支持來實現。這將有助于提高電動汽車的性能和可靠性，并降低成本。

基本半導體第二代MOSFET產品的性能參數已媲美國際知名品牌

基本半導體是一家總部位于深圳的半導體公司，成立于2016年，擁有四百多名員工，其中超過一半是研發人員，產品線包括四個大類碳化硅器件（二極管、MOSFET）、車規級碳化硅功率模塊、功率器件驅動芯片及模塊，以及簡單的功率半導體測試設備。

據介紹，其第二代MOSFET產品的性能參數已經達到了國際知名品牌的同等水平。這些產品在光伏儲能充電樁等領域尚未大規模應用，但已經在電動汽車中得到了廣泛的應用。

基本半導體的模塊產品平臺包括管腳式PHD封裝和塑封DCM封裝，以及正在開發中的雙面散熱封裝和ED3。所有產品的開發流程都遵循嚴格的國際先進開發流程。此外，該公司在深圳有一條6寸碳化硅產線，并在無錫有一條碳化硅封裝線，其中采用了許多新的技術，例如銀燒結。

此外，基本半導體進行了大量的測試工作，包括產線上的追溯和集成。例如，在Pcore6產品中，公司采用了低雜感AMB、超聲焊、碳化硅芯片雙面燒結等技術。公司的產業布局主要涉及兩個工廠，分別位于深圳光明區和無錫新吳區。

在汽車領域，公司已經獲得了近30個車型的定點，并且已經與廣汽埃安展開了深入的合作。此外，上海和寧波的兩家客戶也即將進入量產階段。

基本半導體是一家以高品質碳化硅功率器件為核心業務的半導體公司，致力于為工業和汽車等領域提供先進的解決方案。