9月23—25日,记者在广州举办的“2021中国电子材料产业技术发展大会”上获悉,随着5G基站、手机快充以及新能源电动汽车等新兴领域对半导体器件的功率、效率、散热以及小型化提出更高要求,以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体正得到广泛应用,并加速进入黄金发展期。

 

 

近年来,我国电子材料产业取得了长足的进步,形成了较为完善的产业链,电子材料门类更加丰富,涵盖从基础材料到半导体材料等诸多领域,销售收入逐年增加,年均增长率达到7%左右。2020年,国内电子材料行业全年产值7360亿元。

 

2021年3月通过的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,其中“集成电路”领域,特别提出碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体要取得发展。

 

根据IHS Markit数据,到2025年SiC功率器件的市场规模将达到30亿美元,年复合增长率将达到30.4%。SiC衬底正在向大尺寸方向发展,未来10年4英寸SiC单晶衬底将逐步被6~8英寸衬底取代,从而进一步降低功率器件成本。受益于复杂国际环境和政策推动,本土SiC单晶衬底近几年发展迅速。

 

中国电子科技集团有限公司电子功能材料领域首席科学家冯志红表示,电动汽车对SiC产品可靠性要求甚高,降低缺陷是单晶衬底和外延技术发展的重要方向之一,目前主流厂商有能力制备低微管密度衬底,TSD(螺旋位错)、BPD(基面位错)密度的降低将成为衬底厂商研发工作的重点。据悉,SiC衬底成本占功率器件总价格约47%,因此,它是降低SiC功率器件成本的决定因素。

 

“今后30年,市场竞争更加激烈,衬底价格将进一步缓慢下降,电动汽车成为SiC器件的主要增长动力,预测5年内SiC功率器件年复合增长率高达28%。”冯志红说。

 

在谈到GaN发展时,冯志红表示,目前GaN外延用的半绝缘SiC单晶衬底正在向大尺寸方向发展,未来10年4英寸SiC单晶衬底将逐步被6英寸取代,以降低GaN射频功率器件价格。同时,GaN新型异质结材料有望拓展GaN高频应用市场。目前,用于GaN外延的Si衬底尺寸主流是6英寸,未来5年将扩展至8英寸,未来10~15年内将扩展至12英寸,这使得外延片单位面积价格会大幅降低。

 

Yole的报告显示,去年功率GaN市场容量翻倍,主要缘于华为、苹果、小米、三星等厂商快充应用的渗透,今后仍将保持快速增长态势,并有望向电动汽车领域渗透。冯志红指出,目前,主流厂商已经完成100mm直径GaN单晶衬底研发工作,正在进入量产阶段,少部分厂商正在进行150mm直径研发工作,预计5年内,衬底单位面积价格会伴随直径100mm衬底的快速推广而小幅下降。