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充电10分钟,行驶400公里,能耗降低50%!这个产业规模或达数千亿

以碳化硅为代表的第三代半导体材料,广泛运用在5G基站、新能源汽车等数字经济领域。

这十年,以中国电科为代表的企业,已完成从材料、装备、芯片、器件到应用的体系化布局,推动了我国第三代半导体产业快速发展。

核“芯”技术跑出加速度

在江苏南京中国电科五十五所的这间展厅里,有着多种规格的碳化硅器件。它们已经在新能源车载充电装置上实现了批量应用,有了它们,新能源汽车的充电速度和整车性能都会大幅提高。

中国电子科技集团首席专家柏松表示:

新能源汽车如果用传统的第一代半导体器件,充电时间需要半个小时以上,而采用了第三代半导体碳化硅器件以后,可以实现充电10分钟行驶400公里。

全球碳化硅材料龙头Wolfspeed中国区销售与市场副总裁张三岭也曾举例道,以电动汽车的22kW OBC(车载充电器)应用为例,碳化硅器件有助于减少30%的功率损耗、缩短充电时间,并将功率密度提升50%。

柏松从事碳化硅器件的开发和应用研究已有近20年。他指出,这是新能源汽车车载充电装置所需的关键元器件,2020年以前,这类器件完全依赖进口,而现在,中国电科的碳化硅器件,装车量已经达到100万台。

柏松称:“尤其从2021年春节开始,国产器件有机会跟国外的知名企业同台竞技,实现了一个零的突破。”

碳化硅加速“上车”

近年来第三代半导体风起,2022年投资、整合、扩产不断。目前,碳化硅和氮化镓是第三代半导体中应用最广的两类材料,其中碳化硅商用更加成熟。

经过十多年的发展,随着全球低碳化趋势,以及新能源汽车的崛起,碳化硅乘上了新东风,尤其是在汽车领域,按下了上车的加速度。

根据TrendForce集邦咨询报告《2022第三代半导体功率应用市场报告》显示,随着越来越多车企开始在电驱系统中导入SiC(碳化硅)技术,预估2022年车用SiC功率元件市场规模将达到10.7亿美元,至2026年将攀升至39.4亿美元。

面对电动汽车等市场机遇,全球厂商们不断扩大碳化硅产能、投入研发。

今年4月,Wolfspeed全球最大的首座8英寸(200mm)SiC工厂正式开业,该工厂预计2024年达产,届时产能将达2017年的30倍。除了Wolfspeed,今年英飞凌计划斥资逾20亿欧元,在马来西亚居林工厂建造第三个厂区,新厂区将用于生产碳化硅和氮化镓功率半导体产品。同时,更多的企业在8英寸领域进行突破,比如法国企业Soitec发布了首款8英寸碳化硅晶圆、中国电科材料烁科公司研制出8英寸碳化硅晶体。

当前,国内的碳化硅项目也层出不穷,并且汽车领域竞争激烈,除了国外大厂,国内的上汽、北汽、广汽、吉利等大型汽车集团正在加大本土碳化硅产业链的投资力度。

碳化硅晶片“芯”成本下降

碳化硅器件市场增长背后,是十年来中国半导体企业从材料到装备到芯片、器件的全链条布局。

在国内最大的碳化硅材料产业基地,一张张薄薄的碳化硅晶片一字排开,这些晶片厚度不足0.5毫米,直径从2英寸、4英寸到8英寸,是先进的第三代半导体材料。

晶片的尺寸和质量,直接影响着下游的碳化硅器件的成本和性能。尺寸越大,成本就越低。十年前,中国电科旗下的这家企业对2英寸碳化硅晶片还处在研制阶段,现在,已经实现了6英寸晶片的规模化生产,年产能达到15万片,处于国内前列。今年3月,这家企业还率先发布了新一代8英寸碳化硅晶片产品。

电科材料山西烁科晶体有限公司常务副总经理魏省汝表示:“2009年,我们已经研制出了2英寸的碳化硅衬底(晶片),当我们把衬底(晶片)的尺寸从2英寸扩展到4英寸,单个芯片的成本可以降到原来的1/4。现在再做到8英寸,相当于在4英寸基础上又可以再降低70%到80%的成本。研制大尺寸、高性能的晶片,碳化硅晶体生长装备是关键。十年前,中国电科研发的碳化硅长晶装备,仅能生产2英寸或4英寸的小尺寸晶体,工艺水平和生产效率都不高。目前,这些晶体生长以及产业链配套相关装备,已经完成了多轮迭代升级。”

产业规模有望达数千亿

以碳化硅为代表的第三代半导体被称为“绿色”半导体,十年来,中国电科的第三代半导体器件实现了从研发到商用的转型,两亿只产品有力支撑了新基建和“双碳”战略需求。

数据显示,它的器件节能性是硅器件的4倍,可以使新能源汽车能耗降低50%,特高压电网损耗降低60%,轨道交通功率器件系统损耗降低20%以上。

国家第三代半导体技术创新中心主任张鲁川表示:“第三代半导体是战略新兴产业,从装备、材料、芯片、器件到应用,这一全产业链的整体视角来看,来产业规模将高达数千亿元人民币。”

工信部:电子信息制造业十年营收翻一番

9月20日,工业和信息化部召开“大力发展新一代信息技术产业”新闻发布会。

工信部数据显示,从2012年到2021年,我国电子信息制造业增加值年均增速达11.6%,营业收入从7万亿元增长至14.1万亿元,在工业中的营业收入占比已连续九年保持第一,2021年利润总额达8283亿元。

工业和信息化部电子信息司副司长徐文立表示,工信部接下来将着眼于抢占未来产业发展先机,加快培育先导性和支柱性产业,推动新一代视听技术、虚拟现实产业发展,带动内容、计算、存储、显示等产业链整体升级。

清华大学教授、中国半导体行业协会副理事长魏少军此前接受21世纪经济报道采访时指出,中国集成电路产品从2004年全球占比不到5%,到2021年的12.5%,进步也非常明显。尽管主要还是在中低端,但已经建立了比较完整的产品体系,特别是2019年以后国产高端芯片的比例在大幅提升。

来 源 | 21世纪经济报道(倪雨晴、缴翼飞)、央视财经

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本期编辑 刘雪莹

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