山西证券报告指出,碳化硅衬底正加速从6英寸向8英寸升级。根据测算,从6英寸提升到8英寸,单位成本预计降低35%,8英寸衬底上裸片数量相比6英寸增加近90%。业界预计2026-2027年6英寸产品将被8英寸产品替代,2026年8英寸市场份额将成长到15%左右。天岳先进2023年已实现8英寸导电型衬底批量销售,出货量行业领先,并已率先向海外客户批量销售。同时公司是国际上较少掌握液相法制备8英寸衬底技术的企业之一,在8英寸时代具备先发优势。
尺寸升级驱动降本增效:6英寸→8英寸成本降35%,裸片增90%
碳化硅衬底尺寸升级是行业降本增效的核心路径。从6英寸提升到8英寸,单位成本预计能够降低35%。根据Wolfspeed报告,以32mm²面积的裸片为例,6英寸可以切出448颗,8英寸可以切出845颗,8英寸衬底上裸片数量相比6英寸增加近90%。由于边缘芯片良率较低,6英寸边缘裸片数量占比达14%,8英寸这一占比降至7%,衬底利用率提升7%。
8英寸碳化硅衬底还可部分使用硅基功率芯片产线装备,进一步降低设备投资成本。碳化硅衬底占碳化硅器件成本的47%,衬底尺寸升级带来的成本下降将直接传导至器件端,加速碳化硅在电动汽车、光伏储能等领域的渗透率提升。
目前8英寸碳化硅在单晶生长和衬底加工环节仍面临难度大、成本高、良率低等问题,遏制了规模量产进程。但随着技术不断成熟,6英寸到8英寸的转换时机将大幅提前。据集邦咨询数据,目前8英寸产品市占率不到2%,预计2024年将大批量进入市场,2026年市场份额将成长到15%左右。业界预计从2026年至2027年开始,6英寸碳化硅产品将被8英寸产品替代。
全球8英寸布局竞赛:Wolfspeed领先,天岳出货量行业居前
全球主要碳化硅厂商正加速布局8英寸产线。Wolfspeed 8英寸衬底及MOSFET已实现批量应用,2023年7月宣布其8英寸工厂已开始向中国终端客户批量出货。ST意法半导体联合湖南三安半导体建设8英寸碳化硅晶圆厂,规划2025年起逐步投产。英飞凌马来西亚居林工厂首批8英寸晶圆计划2024年下半年出货,预计到2027年产能约80万片。onsemi计划2026年产能约80万片。
国内厂商量产突破步伐同样加快。目前已超10家企业8英寸碳化硅衬底进入送样、小批量生产阶段,包括烁科晶体、晶盛机电、天岳先进、天科合达、科友半导体等。投资方面,各厂商均有8英寸衬底相关扩产计划,旨在提前为下游客户做好材料产能供应准备。
天岳先进在8英寸领域具备先发优势。公司2022年通过自主扩径实现了高品质8英寸碳化硅衬底制备,2023年已实现8英寸导电型衬底批量销售,且8英寸衬底出货量在行业内领先。公司不仅实现了8英寸碳化硅衬底的国产化替代,也已率先实现海外客户批量销售。在与英飞凌的合作协议中明确将助力其向8英寸碳化硅晶圆过渡,体现了公司在8英寸产品上的技术实力和客户认可度。
液相法技术突破:公司掌握差异化竞争优势
公司在8英寸碳化硅衬底制备技术上具备差异化优势。目前全球90%以上的衬底厂商采用PVT法(物理气相传输法),但PVT法在大尺寸衬底制备上面临缺陷水平偏高、难以制备P型衬底等挑战。液相法(LPE)相对PVT法位错密度低、质量高、易扩径、易实现稳定的P型掺杂、长晶过程可观测,有望成为未来制备尺寸更大、结晶质量更高、成本更低的碳化硅单晶生长方法。
公司是国际上较少掌握了液相法制备技术的企业之一,已通过液相法成功制备了高品质的8英寸晶体。同时公司通过液相法成功制备出包括N型3C碳化硅衬底和特高压大功率用P型碳化硅衬底,其中P型碳化硅衬底在更高电压等级的应用领域具有广阔前景。
2024年7月,公司拟通过股权融资募集资金3亿元用于“8英寸车规级碳化硅衬底制备技术提升项目”,主要研发方向包括碳化硅生长热场仿真、碳化硅单晶应力控制、碳化硅单晶微缺陷控制、导电型碳化硅电阻率控制、碳化硅晶体切割技术、碳化硅衬底研磨技术、碳化硅衬底化学机械抛光等。项目旨在持续提升公司8英寸车规级碳化硅衬底材料制备工艺,实现工程化大批量稳定制备能力的技术优化提升,进一步巩固公司在8英寸碳化硅衬底领域的先发优势。