碳化硅产业化提速：工艺突破与成本控制成关键挑战
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证券时报记者 王一鸣
今年以来，碳化硅（SiC，碳和硅的化合物）产业层面催化不断。近日，露笑科技宣布首次制备出12英寸碳化硅单晶样品，完成从长晶到衬底全流程工艺的开发测试；在此之前的1月中旬，美国SiC企业Wolfspeed亦宣布制造出单晶300mm（12英寸）碳化硅晶圆……
随着12英寸SiC产品加快涌现，资本市场曾多次出现CoWoS（台积电的先进封装技术）将用碳化硅替代硅作为中间层的传闻，并一度引起资金的炒作。不过，对于这一说法，SICA深芯盟产业分析师卢兵在接受证券时报记者采访时表示，这个逻辑显著高估了技术现状和商业可行性，不宜将SiC卓越的导热性能直接等同于其作为复杂中介层的可行性，实际上二者是不同的概念。
投资“新逻辑”
碳化硅是一种典型的第三代半导体材料，属于宽禁带半导体。凭借耐高压、耐高频、高导热性、高温稳定性、高折射率等特点，碳化硅在电动汽车及光伏等高性能应用领域中具有显著优势。
与此同时，近年来碳化硅在AI与AR眼镜等新兴领域的动态亦为产业界和资本市场所关注。例如，天岳先进高层在去年12月的业绩会上介绍，公司正重点拓展新兴领域的客户群体。其中，碳化硅在CoWoS领域应用趋势明确，公司依托12英寸产品技术优势，正与产业链伙伴深化协作。
在去年9月的投资者关系活动中，SiC设备商晶升股份曾探讨了碳化硅在CoWoS中的应用前景及相关进展。“公司确有下游客户已于数月前向台积电送样，并将逐步进行小批量供应。针对这一新的技术转向，公司会继续保持与客户的紧密合作。”
面对上市公司方面透露的只言片语，资本市场却勾勒出“CoWoS将用碳化硅替代硅作为中间层”这一“新逻辑”。对此，有半导体投资和产业界人士向证券时报记者分析了其中可能存在的逻辑误区。
陈启长期从事半导体产业投资，于2016年跟踪碳化硅这一细分领域并参投相关企业。他向证券时报记者介绍，CoWoS是后摩尔时代的主流2.5D异构集成方案，实际落地是把GPU和HBM等集成到一个硅衬底上，并且在硅衬底上通过布线，连接GPU和HBM，以增加GPU和HBM的内部信号的速度，从而打破“存储墙”。
“谈‘替代’为时过早”
“CoWoS采用硅作为中间层，原因包括硅衬底足够便宜、工艺成熟度高、硅设备容易获取等，并且硅上布线能上更小线宽和更高的密度。缺点在于布线密度增加后，集成度高带来更大的功耗，因此发热更大。就发热而言，碳化硅虽能解决发热问题，但碳化硅在其他层面尚无优势可言。”陈启认为。
陈启分析，首先是成本问题，硅12英寸衬底约800—1000元，碳化硅在经历大降价后，目前6英寸依然约2000元，8英寸约4000—5000元，12英寸更高。其次，碳化硅和硅相比最大的缺点在于硬度，硅用ICP（电感耦合等离子体）刻蚀，小线宽工艺成熟，但碳化硅必须要用高能量的CCP（电容耦合等离子体）刻蚀，而且还不容易刻蚀出更小的形貌，设备端针对碳化硅做小线宽仍处于起步摸索阶段。
“这些工艺问题还和后面的信号仿真等紧密相关，替换一个材料，其信号仿真几乎是从头再来，该过程可能需要2至3年或更长时间。业内目前更多关注在硅中间层下贴一层碳化硅作为辅助散热层这一路径是否可行，这只能等业界不断尝试出最佳方案。但是无论如何，现在谈‘替代’为时过早。”陈启指出。
卢兵亦持类似看法。他指出，短期（1至3年）SiC最可能的应用是作为高性能散热衬底或热沉，用于对散热要求最极端的特定场景，这符合“局部功能附加”的定位。台积电等厂商也确实在评估导电型SiC作为热基板的可行性 。中期（3至5年）而言，随着12英寸SiC晶圆成本的下降和切割等关键工艺的成熟，可能会出现将SiC作为无源（不含复杂电路）或半有源中介层的尝试，但这仍将局限于对成本不敏感的顶级产品。
“碳化硅是解决未来AI芯片散热难题的有力竞争者，但它的征途并非一蹴而就的‘替代’，而更可能是一场考验材料科学、制造工艺与成本控制的‘持久战’。投资者和产业观察者应对此保持清醒的认识，辨别市场叙事中的理想光环与工程现实的重重挑战。”卢兵说。
悄然崛起的中国力量
回看SiC产业链结构，上游环节主要包括碳化硅衬底晶圆的制造、外延片加工，以及相关生产设备和材料。其中，SiC单晶衬底（俗称碳化硅晶圆）是整个产业链中技术壁垒最高、价值量最大的核心环节。目前一片SiC器件的成本中，衬底约占47%，外延片约占23%，合计约70%。技术路径上，全球商用SiC衬底以6英寸为主流，8英寸（200mm）正在加速推进。
相较硅基半导体，碳化硅的高禁带宽度、高击穿电场强度、高电子饱和漂移速率和高热导率等特性，使其在电动汽车、光伏及储能系统、电力电网、通信等高性能应用领域中具有显著优势，尤其是在稳定性和耐用性方面。
“电动车是当前碳化硅最核心的应用市场。在800V高压架构车型中，SiC几乎是标配选择，因为硅基IGBT已难以满足如此高压下的高效工作要求。”中关村物联网产业联盟副秘书长袁帅向记者阐述。
对于SiC在电动汽车的应用，特斯拉是先行者，之后，比亚迪、蔚来、小鹏、奔驰、大众等中外车企的新款高性能车型也陆续导入SiC器件。
从产业格局来看，碳化硅产业链过去主要为国际大厂所占据，经过多年发展，中国企业在衬底、外延、器件等环节全面突破，已成为全球碳化硅产业不可或缺的力量。
例如，在衬底领域，2024年以前，美国的Wolfspeed、日本的昭和电工（现Resonac）等占据了全球大部分市场份额；据调研机构富士经济的数据，在2024年全球导电型碳化硅衬底市场占有率排行中，天岳先进超过美国Coherent，跃居全球第二。另一家中国公司天科合达市场份额位列第四。
在设备与材料领域，目前中微公司和北方华创等本土厂家已推出用于SiC/GaN的MOCVD外延设备；在晶体生长炉领域，晶盛机电则是我国在半导体晶体设备方面的佼佼者，其6—8英寸碳化硅长晶炉和切磨设备已批量供应国内客户。
市场波动不改长期前景
从行业空间来看，据Yole Group数据，2024年全球碳化硅功率器件市场规模为34亿美元，尽管汽车市场放缓抑制了碳化硅的短期需求，并深刻影响了整个碳化硅供应链，但Yole Group认为，碳化硅依然是电气化路线图中的核心技术，预计到2030年，其器件收入将接近100亿美元，年复合增长率约20.3%。
国内方面，近年来全球产业新增设备资本开支的重心，正迅速向中国内地转移。2024年，中国厂商已占据约40%的碳化硅晶圆（衬底）及外延片产能，并正加速向器件制造领域延伸。根据CASA-China数据，中国2024第三代半导体功率电子市场规模约为176亿元（SiC+GaN，SiC为主），预计到2029年有望超过460亿元，年复合增长率约21%。
“中期的SiC市场仍受到两方面因素冲击：一是全球电动车需求短期放缓，二是来自新兴SiC制造商的价格与产能竞争加剧。这也反映在产业链结构和业绩上，例如，日本SiC厂商JS Foundry于2025年7月申请破产。同年9月，Wolfspeed已完成破产重整，目前正在进行重组。但长期来看，在新能源汽车、光储以及未来电网等下游旺盛需求的驱动下，碳化硅行业长坡厚雪的逻辑未变。”袁帅称。
SICA深芯盟产业分析师何俊材告诉证券时报记者，业内普遍预期本轮材料端洗牌将在2026年末基本结束，届时行业集中度将大幅提升，幸存者有望获得定价话语权。
Yole Group认为，经历了五年的大规模投资后，市场需要先消化现有产能，随后新一代设备和技术才能推动下一轮扩张。
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