“以碳化硅為襯底做成的晶圓,現(xiàn)在每片價(jià)格高達(dá)30萬元!”一家主營功率器件的公司負(fù)責(zé)人如此感嘆。
隨著新能源汽車巨頭陸續(xù)試水,碳化硅在新能源汽車、光伏領(lǐng)域、電力市場快速放量。國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展?fàn)顩r如何?未來市場空間有多大?近日,記者專訪了露笑科技董事長魯永。
“未來需求量和增速都非常可觀,整個產(chǎn)業(yè)鏈瓶頸還是襯底片、外延片?!濒斢澜榻B,露笑科技在藍(lán)寶石襯底片、長晶爐等領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗(yàn),進(jìn)入材料硬度接近、前景廣闊的碳化硅領(lǐng)域可謂順理成章。在公司首席科學(xué)家陳之戰(zhàn)的帶領(lǐng)下,公司在碳化硅襯底片領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展,成為國內(nèi)領(lǐng)先的導(dǎo)電型碳化硅襯底片公司。
碳化硅為什么火了?
在特斯拉采用了碳化硅功率器件后,碳化硅變得炙手可熱。
“一方面,碳化硅成本持續(xù)下降,越來越多的應(yīng)用端可以接受了,開始主動采用碳化硅器件提升產(chǎn)品性能;另一方面,‘雙碳’戰(zhàn)略下,節(jié)能減排需求也助推了用戶加速采用碳化硅器件?!濒斢勒J(rèn)為,在技術(shù)端和應(yīng)用端合力推進(jìn)下,碳化硅的應(yīng)用市場進(jìn)入了爆發(fā)期。
對于采用碳化硅的“好處”,魯永給記者舉了一個例子:在發(fā)電行業(yè),當(dāng)交流電直流電轉(zhuǎn)換時,如果關(guān)鍵器件采用碳化硅,可大幅減少轉(zhuǎn)換過程中的電力損耗。即便這個比例是1%,那節(jié)能總量也是驚人的。
記者了解到,小鵬G9采用800V高壓SiC平臺,相比400V平臺續(xù)航提升了5%。這意味著,整車廠可以在采用相同電池容量情況下,通過碳化硅器件將續(xù)航里程提升5%;或者在設(shè)計(jì)相同續(xù)航里程情況下,減少搭載的電池容量5%。兩種情況都有助于整車廠顯著降低成本。
“光伏逆變器已經(jīng)采用碳化硅器件,新能源汽車用碳化硅將在未來一兩年內(nèi)快速放量。”魯永表示,碳化硅功率器件具有高電壓、大電流、高溫、高頻率、低損耗等獨(dú)特優(yōu)勢,與硅基功率器件相比,可大幅提高能源轉(zhuǎn)換效率,未來在光伏、新能源汽車、電力電子、軌道交通等領(lǐng)域具有確定的大需求、高增長。
記者注意到,全球主要的碳化硅供應(yīng)商紛紛擴(kuò)產(chǎn)。全球最大的碳化硅供應(yīng)商Wolfspeed宣布將新建8英寸晶圓廠,羅姆希望在未來5年內(nèi)將產(chǎn)能提高5倍,東芝計(jì)劃到2024年將碳化硅產(chǎn)量提高3倍;國內(nèi)廠商方面,天岳先進(jìn)投資25億元擴(kuò)產(chǎn)6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底材料,露笑科技定增募資25.67億元用于大尺寸碳化硅襯底片等項(xiàng)目。
魯永認(rèn)為,碳化硅進(jìn)入需求驅(qū)動成長的階段,需求放量帶來成本價(jià)格下降,進(jìn)而又帶動新的需求,這樣的正循環(huán)正在加速推動產(chǎn)業(yè)成長。多家機(jī)構(gòu)看好碳化硅市場的高成長性。Yole預(yù)測,2021年全球碳化硅功率器件的市場規(guī)模約10億美元,預(yù)計(jì)到2025年將超過37億美元,年復(fù)合增長率超過34%。
襯底片為什么是瓶頸?
“未來市場的年需求量高達(dá)200萬至300萬片,完全不用擔(dān)心產(chǎn)能過剩。”對于全球碳化硅擴(kuò)產(chǎn)大潮,魯永告訴記者,當(dāng)前碳化硅襯底片、外延片供不應(yīng)求,成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展掣肘。
難道不是買個爐子(長晶爐)就可以拉晶棒、切碳化硅襯底片了嗎?“整個生產(chǎn)過程涉及很多參數(shù)設(shè)定、耦合效應(yīng),每一道工序都會影響碳化硅襯底片的質(zhì)量和良率。”面對記者疑惑,魯永解釋道。
據(jù)介紹,碳化硅襯底片的制備過程非常復(fù)雜,首先是將高純碳粉、高純硅粉合成碳化硅粉,在特殊溫場下,采用物理氣相傳輸法(PVT)生長出碳化硅晶錠,然后將晶錠加工成晶棒,再切割為碳化硅晶片,經(jīng)過研磨、拋光、清洗等多道工序,得到碳化硅襯底片。
“長晶就是最大的難點(diǎn)之一,晶錠每增加一毫米厚度,廠商都要付出巨大的努力?!濒斢辣硎荆@背后是亟待解決的兩個世界性難題:一是碳化硅晶體生長的速度、穩(wěn)定性跟不上產(chǎn)業(yè)需求的快速放量;二是碳化硅晶錠厚度與質(zhì)量的矛盾。在晶錠生長過程中,氣態(tài)碳化硅會持續(xù)分解為碳和硅,這些雜質(zhì)附著在晶錠上不僅影響晶錠的質(zhì)量(比如純度),還減緩晶錠生長速度,廠商必須在晶錠厚度和質(zhì)量間取一個平衡。
不僅是長晶,碳化硅襯底片生產(chǎn)的每一個步驟、每一個物料都至關(guān)重要。“露笑科技產(chǎn)能增長現(xiàn)在就嚴(yán)重受到輔料的影響,比如高品質(zhì)的拋光材料國內(nèi)就很缺乏?!濒斢勒f。
掌握碳化硅核“芯”技術(shù)
目前,露笑科技已經(jīng)能量產(chǎn)碳化硅襯底片,并與下游企業(yè)簽訂了大額長單。這得益于露笑科技前瞻布局、練就一手絕活。
“從軟硬件設(shè)備到籽晶,再到整個生產(chǎn)及控制、成本管控,露笑科技構(gòu)建了一整套的知識產(chǎn)權(quán)和工藝標(biāo)準(zhǔn),確保碳化硅襯底片的質(zhì)量和生產(chǎn)效率?!濒斢缽?qiáng)調(diào),這樣的內(nèi)功可不是一蹴而就的。露笑科技通過藍(lán)寶石加工業(yè)務(wù),在晶體生長、切、磨、拋技術(shù)及工藝等領(lǐng)域積累了深厚的實(shí)力,又經(jīng)過三四年的研發(fā),才有了今天的成果。
說到這里,魯永笑呵呵地說,露笑科技的進(jìn)展太快了,以至于讓外界懷疑,這家公司到底是在吹牛還是有真功夫?
“不同于業(yè)界采用‘小試、中試、產(chǎn)線’等做法,露笑科技總結(jié)、開創(chuàng)了一個全新的、快速迭代的產(chǎn)業(yè)化模式?!睂τ诼缎萍嫉莫?dú)辟蹊徑,魯永進(jìn)一步解釋,露笑沒有秉承傳統(tǒng)的“在實(shí)驗(yàn)室孵化成功再產(chǎn)業(yè)化”思路,而是一開始就直接把研發(fā)實(shí)驗(yàn)室搬到了廠里,在大產(chǎn)線上直接進(jìn)行驗(yàn)證、試驗(yàn),從而大大縮短了工藝開發(fā)與驗(yàn)證的過程、直接提升了產(chǎn)品質(zhì)量和良率。
創(chuàng)新研發(fā)模式,露笑科技大大加快了碳化硅襯底片的產(chǎn)業(yè)化速度。魯永介紹,目前露笑科技一共有280臺長晶爐,預(yù)計(jì)8月襯底片出貨量可達(dá)到500至1000片,今年年底可達(dá)到5000片/月的產(chǎn)能,到2023年4月產(chǎn)能可達(dá)到1萬片/月;預(yù)計(jì)2023年能夠?qū)崿F(xiàn)年產(chǎn)20萬片的產(chǎn)能規(guī)劃。
露笑科技的碳化硅襯底片已通過多家終端用戶的驗(yàn)證。公司碳化硅襯底片二極管(SBD)前期已通過相關(guān)下游用戶驗(yàn)證,用到了光伏器件中;三極管(MOSFET)目前還在驗(yàn)證過程中?!岸O管驗(yàn)證周期半年到一年,但三極管驗(yàn)證周期是一至兩年,所以后者還需要一點(diǎn)時間?!?/p>
“掌握碳化硅核‘芯’技術(shù),做第三代半導(dǎo)體領(lǐng)跑者?!痹诼缎萍脊镜膲Ρ谏?,張貼著這樣一張醒目的標(biāo)語。
露笑科技已經(jīng)成為國內(nèi)排名靠前的導(dǎo)電型碳化硅襯底片供應(yīng)商,未來將大幅提升產(chǎn)能,同時預(yù)研、儲備8英寸襯底片技術(shù)?!拔覀儠罡蓟栊袠I(yè)。”魯永說。