智能电动汽车崛起，带动碳化硅半导体新浪潮。碳化硅材料国产替代的时机已到？

文/智物

随着近日来美股费城半导体指数屡次创下新高，A股芯片概念板块也迎来了久违的春天，其中第三代半导体板块的涨幅尤为突出。

11月9日，露笑科技涨停，股价于当日创下历史新高，并于次日继续维持小幅上涨。而在同一时间段，第三代半导体新秀东尼电子更是连续两个交易日实现涨停。

而就在前一天，露笑科技发布公告称，旗下碳化硅半导体项目已经投产，这则消息非常“适时”地让这家公司在第二天开盘后就迎来了涨停。

相比之下，东尼电子的碳化硅半导体项目在今年4月份才开始启动非公开募资计划，距离满足量产条件尚需时日，甚至在连续两天的涨停后，东尼电子第一时间发布公告称，无尚未披露的重大信息，但资本市场对其的热情似乎仍在节节高升。

东尼电子近期涨势凶猛

这在逻辑上显然是无法形成闭环的。产业链相关人士提供了另一种解读，东尼电子碳化硅项目进展顺利，目前已在最后的测试进展中，有望短期内实现向国内外芯片代工大厂交货。

从单晶硅到碳化硅，路有多远

让A股为之疯狂的第三代半导体，主要以碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）、氮化镓（GaN）等材料为代表，与传统的单晶硅半导体相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的导热率、更高的抗辐射能力、更大的电子饱和漂移速率等特性。

优异的性能让第三代半导体能够胜任各种严苛的应用场景，但需要说明的是，半导体材料的“代数”主要是指芯片衬底材料的不同，材料的特性不同，其应用领域也不同。

当前，人类社会中90%以上的芯片使用的衬底材料仍然是单晶硅，未来这一数字也不会发生太大的变化，但第三代半导体材料在个别领域，如电动车行业中，正逐渐展露出压倒性的优势，这也让国内半导体厂商们愈发重视起这一产业。

在2015年之前，中国大陆尚无一条产线，随着山东天岳4英寸碳化硅衬底投入生产，国内才开始进入真正意义上的第三代半导体时代。

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2019年8月，华为通过旗下哈勃科技有限公司投资了山东天岳，这被视为消费电子龙头布局第三代半导体的标志性事件。

此后，国内碳化硅项目如雨后春笋般涌现。据集微咨询统计，近五年来，国内落地第三代半导体项目超过70个，投资总规模超2000亿元，其中碳化硅项目占比约70%。

投资浪潮让中国大陆的碳化硅产业在短时间内成型，但距离国际领先水准仍存在着不小的差距。

从产业格局来看，目前全球SiC产业呈现出美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大，占有全球SiC产量的70%-80%，仅CREE一家就占据着全球碳化硅晶圆市场的6成之多；欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链，日本则是设备和模块开发方面的绝对领先者。

除去技术和工艺上的滞后，国内碳化硅产业目前还存在着一个较为致命的问题：本土的碳化硅企业无法为国内已经投产的6英寸芯片工艺提供衬底材料。

而东尼电子所布局的正是碳化硅衬底材料，这也或许解释了资本市场为何对一个尚未投产的项目如此热情。

若隐若现，碳化硅项目疑云

实际上，东尼电子并不算是一家完全的半导体企业。在2020年度报告中，东尼电子将公司的业务分为四大板块：消费电子业务、医疗业务、光伏业务和新能源业务。

其中，消费电子业务的营收占比近88%，其无线充电产品通过供货富士康、歌尔股份、立讯精密间接供应苹果，专用于苹果iWatch无线充电模块。应用于医疗行业的医疗线束和应用于新能源汽车行业的电池极耳业务在去年也取得了74.67%和135.11%的营业增长。

今年5月，东尼电子发布了《非公开发行A股股票项目募集资金使用可行性分析报告》，这份报告显示，该碳化硅项目有两部分组成，一个是年产12万片碳化硅半导体材料项目，另一个是年产1亿对新能源软包动力电池用极耳项目，共计投资4.69亿元，项目建设周期预计为36个月。

近期，市场传闻称，东尼电子已经修正了碳化硅的量产计划，将计划提前了数月，至2022年春节前后。

150mm碳化硅晶圆

但是，东尼电子公司管理层对碳化硅项目的进展还相当的低调。东尼电子董秘近期在投资者交流平台上表示，公司碳化硅半导体材料尚处于研发打样阶段，公司将针对下游优质的外延片厂商及其第三方机构进行送样，加速产品验证速度，并分局验证情况推进后续的量产。

尽管尚不清楚碳化硅项目的进度，但从研发团队来看，东尼电子仍留有足够的底气。据悉，该研发团队由两位中国台湾的博士牵头，他们曾任职于台湾中央研究院物理研究所，曾赴日本学习碳化硅衬底制造技术，在晶体材料领域有着深厚的功底。

此后的关键一役，或许是何时能完成向主流大厂的交货。

新兴玩家的底牌，电动汽车的机会

虽然东尼电子的碳化硅材料项目在今年才正式启动，但其早在2019年年报中就已表示在研项目包括碳化硅衬底材料。

从时间上看，这一年正是特斯拉上海工厂投产、电动车在中国全面爆发的一年，而东尼电子如此急迫地涌入碳化硅材料赛道也与此息息相关。

2018年，特斯拉在Model 3上首先使用了碳化硅功率元器件，由意法半导体独家供应。据特斯拉研发团队测算，相比特斯拉Model S/X上用的IGBT，SiC Mosfet能带来5-8%的逆变器效率提升，这将使Model 3的逆变器效率直接提升到90%，对续航有着显著的提升。

此外，由于碳化硅极强的高温性能，车用SiC Mosfet的高温表现也十分优异，在高温状态下，IGBT的效率会迅速下降，而SiC Mosfet直到200度都能维持正常效率表现。

这也是为什么在当今电动车行业中，只有特斯拉一家能够通过提高驱动模块的工作温度来保证动力系统的长时间高功率输出。

在特斯拉完成SiC的应用后，其他车厂纷纷选择跟进，但他们可能面临的问题是严重缺乏SiC功率元器件。

特斯拉等智能电动汽车品牌的发展，推动了碳化硅的技术升级

电动车对SiC功率元器件的消耗有多大？以Model 3为例，其主驱逆变器电力模块、OBC、充电器上所有的SiC Mosfet加在一起相当于0.5个6英寸碳化硅晶圆，根据特斯拉2021的生产计划，今年或将有110万台电动车下线，但目前全球6英寸碳化硅晶圆的年产能仅为40-60万片。

也就是说，全球6英寸碳化硅产能甚至都无法满足特斯拉一家车企的需求，对于半导体行业而言，电动车的兴起就是他们最重要的一张底牌。

当然，对于东尼电子这类的新兴玩家而言，旺盛的市场需求只是一道保障，如何打开下游客户的大门仍是摆在他们面前的一道难题。

此前，国内芯片的龙头厂商，华润微电子几乎是国内唯一一家真正做到涵盖设计、掩膜、制造、封测的全产业链厂商，其在第三代半导体材料已布局多年，并在去年对外延片产能进行数次增量。而此前的碳化硅材料，包括华润微在内的厂商，还都非常依赖进口。

尽快完成碳化硅的国产替代，或许是东尼电子最大的机会。