1.2.2 我国第三代半导体产业的结构

1.我国第三代半导体SiC的产业结构

SiC产业链可分为四个环节：衬底、外延、封装、器件和模块。目前，我国已经初步形成从晶体生长到器件研发制造的产业链，其代表企业见表1-5。

表1-5 我国SiC产业链代表企业

在SiC衬底方面，北京天科合达、山东天岳先进、河北同光、烁科晶体等在6英寸导电型SiC衬底和高纯半绝缘SiC衬底等方面已实现小批量供货。中国科学院物理研究所（以下简称中科院物理所）、烁科晶体等单位已经成功研制出了8英寸SiC晶体。国内量产的6英寸N型SiC衬底微管密度小于0.1个/cm2，螺位错密度达到500个/cm2；量产的6英寸半绝缘SiC衬底微管密度小于0.5个/cm2，基平面位错密度为1500个/cm2，螺位错密度达到500个/cm2，电阻率大于1010Ω·cm。新的SiC晶体生长法——液相外延（LPE）法开始中试。

SiC外延方面，国内的厦门瀚天天成、东莞天域等已批量生产了6英寸SiC外延片，涵盖了600～1700V SiC电力电子器件用材料。

在SiC器件方面，国内6英寸SiC二极管和MOSFET芯片工艺产线初步实现贯通。SiC二极管产品已实现规模化量产，产品覆盖650～3300V、1～100A等多款规格，产品包括TO220、TO247-2、TO247-3、TO247-4、TO252、TO263、DFN、SOD、SMA等多种塑封和高温封装形式。据CASA Research不完全统计，2021年，国内超过10家企业可提供SiC MOSFET，产品型号超过130种，击穿电压覆盖650V、900V、1200V、1700V，已经逐步完成商业化。

在SiC应用方面，SiC产品应用领域至少包括电网、电力牵引、电源、电动汽车、家用电器、医疗设备和消费类电子等。尤其在未来SiC的主要市场——新能源汽车领域，SiC电驱产品已经开启“上车”模式。2021年企业宣称规划达成产能超过57万片，北汽、广汽、上汽、小鹏、吉利等多家车企通过直接或战略投资的方式进入了第三代半导体行业。

2021年，超过10万辆比亚迪汉电动汽车使用其自主研发制造的高性能SiC三相全桥模块。预计到2023年，比亚迪将采用SiC半导体全面替代IGBT。中车时代基于自主SiC器件的大功率电驱产品C-Power 220s发布，C-Power 220s系统功率密度不小于2.75kW/kg，在CLTC（中国轻型汽车行驶）工况下，产品系统效率最高可达94%，可将整车续航能力提升5%。该产品的SiC器件、电流传感器分别来自中车时代半导体、宁波中车时代。此外，精进电动推出了250kW SiC复合冷却三合一电驱动总成，实现了高输出功率（350V条件下半轴机械输出功率达250kW）和超过95%的高系统效率。

2.我国第三代半导体GaN的产业结构

依据应用领域的不同，GaN器件主要可分为光电子器件、电力电子器件以及微波射频电子器件三大类。基于不同的应用领域，GaN产业链的成熟度也有所差异。GaN用于光电子器件产业起步较早，目前国内已成为全球LED产业链的中心。相对来说，GaN在电力电子器件和微波射频电子器件方面的应用时间还比较短。此外，相比于光电子器件，电力电子器件和微波射频电子器件用GaN的制造工艺更为复杂，对性能与可靠性的要求也更高，因而GaN电力电子器件及射频电子器件产业链进展相对于LED要更为困难。整体而言，在国家政策的大力支持下，我国GaN产业链已基本形成，并将不断完善与蓬勃发展，其代表企业见表1-6。

表1-6 我国GaN产业链代表企业

在GaN衬底部分，依据应用领域的不同，所用衬底有较大差异，微波射频电子器件一般采用SiC衬底，而考虑到成本问题，电力电子器件一般采用硅衬底。商业化硅基GaN外延向8英寸过渡；SiC基GaN外延向6英寸过渡；蓝宝石基GaN外延主流尺寸为4英寸；12英寸硅基GaN HEMT外延技术的已取得突破。

在GaN外延方面，国内已经能在8英寸硅衬底上生长垂直耐压超过1000V的用于功率开关器件的GaN外延片，SiC和蓝宝石衬底的GaN外延片的尺寸可达6英寸。晶湛半导体通过优化AlN成核层和材料应力控制技术，率先在全球发布一系列用于电力电子器件的高质量12英寸GaN-on-Si HEMT外延片，在满足大规模量产和应用所需的漏电要求前提下，成功覆盖200V、650V、1200V等不同击穿电压应用场景需求，厚度不均匀度减小至0.3%，晶圆翘曲度（Bow）小于50μm。

在GaN器件方面，受益于PD快充市场的发展，GaN功率器件产品快速推出。据CASA Research不完全统计，2021年，国内商业化的GaN功率器件达到43款。其中最高击穿电压可以达到1200V，最大导通电流达到47.2A（安世半导体，650V/47.2A）。英诺赛科的产品种类最多，达到23款，最高击穿电压主要集中在650V和100V左右。

从GaN应用来看，GaN横向器件目前的电压范围都在650V以下。在0～650V这个电压等级领域，硅基功率器件仍具备很强的竞争力，不管从行业接受度、系统成熟度、外围器件配套、器件和系统成本角度，GaN目前还很难与Si基器件开展直接竞争。与Si基超结MOSFET器件相比，GaN器件在硬开关状态下的优势并不明显，但是，其在软开关状态下的性能得到了明显改善。究其原因在于，GaN器件的开关延时很短，导通损耗和开关损耗低，工作频率高。其主要适合低压（0～400V）、高效率或者小型化领域（如ITC电源、笔记本电脑适配器），以及高频应用（如激光雷达驱动、高频无线充电、包络跟踪等）具备优势。

射频应用方面，在国防和军用市场，采用国产GaN射频芯片的军用雷达性能处于国际先进水平。在民用市场，华为、中兴已采用国产GaN射频芯片进行基站研发和批量生产，国产化率超过30%。产品方面，产业化的GaN HEMT射频器件在1805MHz～1880MHz频段内，功率实现了520W，效率为61%；在1800MHz～2200MHz频段内，功率实现了120W，效率为47%；在2500MHz～2700MHz频段内，功率实现了420W，效率为51%；GaN MMIC方面，基于0.25μm工艺的6GHz～12GHz MMIC器件产品已研发成功，实现了32W@7GHz～13GHz；基于0.15μm工艺的GaN MMIC产品，实现了15.8W@14GHz～18GHz。