新能源帶火碳化硅 露笑科技深耕多年領(lǐng)跑行業(yè)

    “以碳化硅為襯底做成的晶圓，現在每片價(jià)格高達30萬(wàn)元！”一家主營(yíng)功率器件的公司負責人如此感嘆。

    隨著(zhù)新能源汽車(chē)巨頭陸續試水，碳化硅在新能源汽車(chē)、光伏領(lǐng)域、電力市場(chǎng)快速放量。國內碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展狀況如何？未來(lái)市場(chǎng)空間有多大？近日，上海證券報記者專(zhuān)訪(fǎng)了露笑科技董事長(cháng)魯永。

    “未來(lái)需求量和增速都非?？捎^(guān)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈瓶頸還是襯底片、外延片。”魯永介紹，露笑科技在藍寶石襯底片、長(cháng)晶爐等領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗，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，成為國內領(lǐng)先的導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，碳化硅成本持續下降，越來(lái)越多的應用端可以接受了，開(kāi)始主動(dòng)采用碳化硅器件提升產(chǎn)品性能；另一方面，‘雙碳’戰略下，節能減排需求也助推了用戶(hù)加速采用碳化硅器件。”魯永認為，在技術(shù)端和應用端合力推進(jìn)下，碳化硅的應用市場(chǎng)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(gè)例子：在發(fā)電行業(yè)，當交流電直流電轉換時(shí)，如果關(guān)鍵器件采用碳化硅，可大幅減少轉換過(guò)程中的電力損耗。即便這個(gè)比例是1%，那節能總量也是驚人的。

    記者了解到，小鵬G9采用800V高壓SiC平臺，相比400V平臺續航提升了5%。這意味著(zhù)，整車(chē)廠(chǎng)可以在采用相同電池容量情況下，通過(guò)碳化硅器件將續航里程提升5%；或者在設計相同續航里程情況下，減少搭載的電池容量5%。兩種情況都有助于整車(chē)廠(chǎng)顯著(zhù)降低成本。

    “光伏逆變器已經(jīng)采用碳化硅器件，新能源汽車(chē)用碳化硅將在未來(lái)一兩年內快速放量。”魯永表示，碳化硅功率器件具有高電壓、大電流、高溫、高頻率、低損耗等獨特優(yōu)勢，與硅基功率器件相比，可大幅提高能源轉換效率，未來(lái)在光伏、新能源汽車(chē)、電力電子、軌道交通等領(lǐng)域具有確定的大需求、高增長(cháng)。

    記者注意到，全球主要的碳化硅供應商紛紛擴產(chǎn)。全球最大的碳化硅供應商Wolfspeed宣布將新建8英寸晶圓廠(chǎng)，羅姆希望在未來(lái)5年內將產(chǎn)能提高5倍，東芝計劃到2024年將碳化硅產(chǎn)量提高3倍；國內廠(chǎng)商方面，天岳先進(jìn)投資25億元擴產(chǎn)6英寸導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目。

    魯永認為，碳化硅進(jìn)入需求驅動(dòng)成長(cháng)的階段，需求放量帶來(lái)成本價(jià)格下降，進(jìn)而又帶動(dòng)新的需求，這樣的正循環(huán)正在加速推動(dòng)產(chǎn)業(yè)成長(cháng)。多家機構看好碳化硅市場(chǎng)的高成長(cháng)性。Yole預測，2021年全球碳化硅功率器件的市場(chǎng)規模約10億美元，預計到2025年將超過(guò)37億美元，年復合增長(cháng)率超過(guò)34%。

    襯底片為什么是瓶頸？

    “未來(lái)市場(chǎng)的年需求量高達200萬(wàn)至300萬(wàn)片，完全不用擔心產(chǎn)能過(guò)剩。”對于全球碳化硅擴產(chǎn)大潮，魯永告訴記者，當前碳化硅襯底片、外延片供不應求，成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展掣肘。

    難道不是買(mǎi)個(gè)爐子（長(cháng)晶爐）就可以拉晶棒、切碳化硅襯底片了嗎？“整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程涉及很多參數設定、耦合效應，每一道工序都會(huì )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。

    據介紹，碳化硅襯底片的制備過(guò)程非常復雜，首先是將高純碳粉、高純硅粉合成碳化硅粉，在特殊溫場(chǎng)下，采用物理氣相傳輸法（PVT）生長(cháng)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(guò)研磨、拋光、清洗等多道工序，得到碳化硅襯底片。

    “長(cháng)晶就是最大的難點(diǎn)之一，晶錠每增加一毫米厚度，廠(chǎng)商都要付出巨大的努力。”魯永表示，這背后是亟待解決的兩個(gè)世界性難題：一是碳化硅晶體生長(cháng)的速度、穩定性跟不上產(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(cháng)過(guò)程中，氣態(tài)碳化硅會(huì )持續分解為碳和硅，這些雜質(zhì)附著(zhù)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(cháng)速度，廠(chǎng)商必須在晶錠厚度和質(zhì)量間取一個(gè)平衡。

    不僅是長(cháng)晶，碳化硅襯底片生產(chǎn)的每一個(gè)步驟、每一個(gè)物料都至關(guān)重要。“露笑科技產(chǎn)能增長(cháng)現在就嚴重受到輔料的影響，比如高品質(zhì)的拋光材料國內就很缺乏。”魯永說(shuō)。

    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(cháng)單。這得益于露笑科技前瞻布局、練就一手絕活。

    “從軟硬件設備到籽晶，再到整個(gè)生產(chǎn)及控制、成本管控，露笑科技構建了一整套的知識產(chǎn)權和工藝標準，確保碳化硅襯底片的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。”魯永強調，這樣的內功可不是一蹴而就的。露笑科技通過(guò)藍寶石加工業(yè)務(wù)，在晶體生長(cháng)、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(guò)三四年的研發(fā)，才有了今天的成果。

    說(shuō)到這里，魯永笑呵呵地說(shuō)，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(xiàn)’等做法，露笑科技總結、開(kāi)創(chuàng )了一個(gè)全新的、快速迭代的產(chǎn)業(yè)化模式。”對于露笑科技的獨辟蹊徑，魯永進(jìn)一步解釋?zhuān)缎](méi)有秉承傳統的“在實(shí)驗室孵化成功再產(chǎn)業(yè)化”思路，而是一開(kāi)始就直接把研發(fā)實(shí)驗室搬到了廠(chǎng)里，在大產(chǎn)線(xiàn)上直接進(jìn)行驗證、試驗，從而大大縮短了工藝開(kāi)發(fā)與驗證的過(guò)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(cháng)晶爐，預計8月襯底片出貨量可達到500至1000片，今年年底可達到5000片/月的產(chǎn)能，到2023年4月產(chǎn)能可達到1萬(wàn)片/月；預計2023年能夠實(shí)現年產(chǎn)20萬(wàn)片的產(chǎn)能規劃。

    露笑科技的碳化硅襯底片已通過(guò)多家終端用戶(hù)的驗證。公司碳化硅襯底片二極管（SBD）前期已通過(guò)相關(guān)下游用戶(hù)驗證，用到了光伏器件中；三極管（MOSFET）目前還在驗證過(guò)程中。“二極管驗證周期半年到一年，但三極管驗證周期是一至兩年，所以后者還需要一點(diǎn)時(shí)間。”

    “掌握碳化硅核‘芯’技術(shù)，做第三代半導體領(lǐng)跑者。”在露笑科技公司的墻壁上，張貼著(zhù)這樣一張醒目的標語(yǔ)。

    露笑科技已經(jīng)成為國內排名靠前的導電型碳化硅襯底片供應商，未來(lái)將大幅提升產(chǎn)能，同時(shí)預研、儲備8英寸襯底片技術(shù)。“我們會(huì )深耕碳化硅行業(yè)。”魯永說(shuō)。