发展第三代半导体，欧洲半导体行业协会主席、意法半导体总裁有话要说

电动 汽车 成为碳化硅技术创新重要平台

在未来十年， 汽车 产业将逐渐完成从内燃机向电动化的转变，新能源 汽车 市场将取得高速发展。这极大推动了SiC等市场的发展与技术创新。在谈到技术创新趋势时，Jean-Marc Chery表示，从最终应用模块、芯片制造工艺，到晶圆外延层和原材料等多个层面，第三代半导体都有着大量的创新发展空间。

“我们一方面在模块层面进行技术改进，电动 汽车 特别是与SiC相关的车用场景对改进逆变器、车载充电机和DC/DC变换器性能的要求十分强烈。另一方面，在制造工艺层面，我们量产的第三代SiC采用平面制造技术，已累计生产了成千数万片片晶圆，积累了大量的研制经验。我们的用户都能受益于这种可靠且高性能的第三代技术。同时我们也在开发第四代制造技术，并计划不断提高MOSFET的高应力和电气性能。”Jean-Marc Chery表示。

“原材料和外延层方面也是实现碳化硅技术发展的重要环节。意法半导体两年前收购了 Norstel公司，填补了6 英寸晶圆的制造技术。试验结果证明，我们的产品技术性能高于竞争对手。最近，我们还交付了首个8英寸碳化硅晶圆，并计划在8英寸碳化硅晶圆上率先制造测试二极管，进行MOSFET流片和测试。” Jean-Marc Chery说。

电动 汽车 的应用与发展已成为碳化硅等第三代半导体技术创新的重要平台。Jean-Marc Chery表示，从应用模块、芯片制造工艺，到晶圆外延和材料，ST将成为为数不多的供应链完全垂直整合的半导体公司之一。这种全垂直整合的发展模式对供应链的掌控与在市场中的竞争都是一个重要的优势。

特斯拉Model 3是第一个采用碳化硅功率器件的电动车车型，据悉采用的就是来自意法半导体的650V SiC MOSFET器件。相比Model s/x上采用的IGBT，SiC MOSFET能带来5% 8%的逆变器效率提升，对电动车的续航能力有着显著提升。

半导体技术朝多元化演进

第二部分是存储器，包括NAND闪存和DRAM内存。它们在存储容量和能耗方面也遵循上述原则，产品变得越来越节能，性能越来越好。

第三类是多元化半导体世界。在这个世界，并不追求极致的先进工艺，但却需要特色的工艺技术。首先是成熟的 0.5 微米到110 纳米的8英寸晶片制造技术，其次是成熟的19纳米到28纳米的12英寸晶片制程。我们将28 纳米视为晶体管栅极的创新技术，用于制造成熟的12英寸晶片。当然，这个多元化产品的半导体世界很快就会开始用16 纳米 FinFET技术设计制造嵌入式处理解决方案和电源管理解决方案，以满足 汽车 和某些特定工业应用需求。另外,还有一条技术路线是10/12纳米的FD-SOI技术。

“在这个多元化的世界里，技术节点分布的非常广泛，从0.5微米到110纳米的8英寸，再从19纳米到28纳米成熟的12英寸，然后再到FinFET双重图形和三重图形工艺。这就是我所看到的现状和趋势。”Jean-Marc Chery表示。

意法半导体将专注三大趋势：智能出行、电力和能源、物联网和5G。2020年以来，这三大趋势加速发展，并推动市场对半导体产品的需求。随着混合动力和插电式电动 汽车 及其支持基础设施的互联、数字服务和应用的普及，未来将会从传统 汽车 转向更智能的移动解决方案。意法半导体可以提供广泛的产品组合，如基于碳化硅技术的功率器件和用于电动 汽车 的电池管理解决方案，以及多核微控制器等。在电力和能源方面，随着人们越来越依赖互联网和云服务，数据中心容量不断扩大，进一步增加了对能源需求，需要大幅提高基础设施的运营效率，升级配电网络，布署智能电网。在物联网和5G方面，意法半导体希望支持智能、互联的物联网设备发展，为设备制造商提供产品和相关开发生态系统。

承诺2027年日常运营100%使用可再生能源

绿色发展越来越受到全球各国重视。在今年全国两会期间，碳达峰和碳中和被首次写入我国政府工作报告。意法半导体对绿色理念也十分重视，在采访中Jean-Marc Chery宣布，意法半导体将于2027年实现碳中和目标，承诺到2027年，日常运营中100%使用可再生能源。

“凭借我们的处理器解决方案、电力电子解决方案和模拟器件解决方案，意法半导体将成为减少排放和建设美好地球的重要推动者。” Jean-Marc Chery说。为了达到这个目标，意法半导体将升级改造Crolles和Agrate工厂的PFC处理设备，让这两处工厂的PFC 排放为零，同时优化电力和能源消耗。在制定严格的降低电力和能源消耗计划同时，意法半导体承诺100%使用可再生能源。意法半导体还尽力降低货物运输和员工出行产生的排放，尽量采用线上的方式开展业务，和客户交流。

Jean-Marc Chery强调，半导体技术有助于实现更低的功耗和更少温室气体包括二氧化碳的排放。半导体不会引起这些问题，而是解决这些问题。如果世界想要大幅节能减排，并增加设备数量和服务，满足 社会 需求，那么半导体行业是解决方案。

不同于第一代半导体材料硅基的发展在国内正面临一系列掣肘，作为化合物半导体材料的碳化硅器件正逐渐迎来商用加速期。

特斯拉率先让碳化硅器件上车起到了关键推动作用。多方机构都预测，在未来5-10年间，碳化硅器件的应用增长点会陆续涌现，包括新能源 汽车 、储能、光伏风能发电、5G通信等领域。

碳化硅商用落地的典型代表就是特斯拉，在其推动下，碳化硅的应用进度和市场空间都打开了想象力。

基本半导体董事长汪之涵在前述论坛演讲中指出，从1982年IGBT发明到现在，其仍然是功率半导体器件中最为重要的一个，在各种电力电子应用中发挥着巨大作用。

不过在过去几年时间里，人们欣喜地发现，在很多高端应用中，碳化硅MOSFET已经逐渐取代硅基IGBT。“这个取代的过程和势头，似乎比大家前几年的判断来得更早更快，所以我们认为，碳化硅成为功率半导体主流的时代似乎已经来到。”他续称，虽然目前碳化硅器件的成本比硅基IGBT要高不少，但从全生命周期成本来看，通过使用碳化硅器件，现在的账已经能算过来了。

根据Yole研判，到2027年预计全球碳化硅芯片市场规模约63亿美元，其中接近80%的市场（也即约50亿美元）来自于新能源 汽车 。汪之涵指出，根据其团队测算，随着碳化硅产品成本降低，到2027年，一辆车上不同部件使用碳化硅的价格在2000-3000元，那么届时全球将有一千万辆车使用碳化硅器件，实际上这个数量将只多不少。

芯粤能半导体CTO相奇则指出，“双碳”战略正开启新能源转换的黄金时代，其中电能转换推动需要功率器件，碳化硅器件在其中优势尽显。

根据机构统计，到2030年，中国大陆总用电量将达到10.5万亿度/年，若能用碳化硅功率器件替代传统硅基器件，可节电万亿度，约等于10座三峡大坝。

从应用端来看，新能源 汽车 、光伏和储能、航天、工业等领域牵引下，全球碳化硅市场的规模正快速成长，预计2019-2025年的复合年均增长率为30%。

山东大学晶体材料实验室、南砂晶圆教授徐现刚也指出，碳化硅单晶应用主要为两个方面：一是电力电子碳化硅器件领域，在导电型衬底之上做碳化硅同质外延，如新能源 汽车 、高铁运输、智能电网的逆变器等器件上应用；二是把碳化硅作为衬底材料，生长氮化镓材料的异质外延，在高频大功率微波电子器件里获得了较大应用，也在雷达、通信系统等方面有应用。

不过，目前国内在碳化硅功率器件和衬底市场依然有较大发展空间。据调研机构Yole统计，无论是碳化硅器件销售额，还是碳化硅导电型衬底市场视角来看，占据主要份额的都为来自美国、欧洲和日本的公司，部分情况下甚至有垄断态势。

一种观点认为，在关键碳化硅衬底技术方面，国内和海外厂商的差距大约是2-3年，但随着集中力量推进研发，这个时间差距有望进一步缩短。

徐现刚在演讲中指出，从衬底发展来看，海外厂商在十年前突破了6英寸衬底技术，目前已稳定导入产业；并在国内“十三五”期间突破了8英寸衬底量产的关键难题，正快速导入量产进程。

国内厂商近些年来也在积蓄经验后快速推动研发落地。“针对碳化硅单晶的研究前期，我们亟需和下游密切配合。在研发2-3英寸单晶时，很难找到电力电子大规模应用，所以我们找到了光电子应用；在6英寸和8英寸单晶上，我们希望和半导体界以及电力电子行业密切配合，也做好了准备。产业角度的需求已经非常旺盛；技术路线上，碳化硅外延的整个产业链不存在被制约发展的问题，所以我认为，8英寸时代真正到来了。”

他续称，就像最开始一种观点认为硅基不用那么着急被碳化硅器件替代一样。特斯拉作为第一个吃螃蟹的人成功之后，大家都开始积极跟进，才有了现在被认为行业将爆发式增长的预期。“所以我想碳化硅晶圆尺寸发展也一样，成熟的8英寸衬底推出后，必然会让成本降低。当然先要面对研发、材料良率低等现阶段难题，但实际上随着技术进步，这也是之前6英寸研发过程中都遇到过的情况。”

还有一个不可忽视的问题是各地的积极建设。一些行业人士指出，在未来十年，整个碳化硅行业面临着巨大机会，同时挑战也很大。目前国内多个省份和城市已经开始推动碳化硅材料和器件等环节的大规模项目落地，这一方面意味着各地都在认可碳化硅的发展未来并积极促进，但另一方面，大规模建设后，在未来几年可能也会面临行业整合过程。

同时，目前南沙在碳化硅领域的产业链已经部署相对完善。“我们称为‘聚沙成塔’，打开地图看会发现，南沙的确是一家一家公司拼图一样拼出了一个产业园，从南砂晶圆开始不断延伸产业链。因此我们认为，南沙发展半导体产业有其独特的思路和节奏。”

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