导读
碳化硅在一定程度上是功率半导体技术的新前沿，因为它正在彻底改变电力转换生态系统。

在包括5G、智能汽车等对高频、高功率应用特性要求不断加强的背景下，第三代半导体正迎来高速发展期。


目前来看，全球范围内在第三代半导体的主要三大龙头为Wolfspeed、意法半导体和英飞凌，前者主要起步于碳化硅（SiC）衬底环节，后两者则主要起步于功率器件，随着各自对于产业链能力的进一步拓宽，这三家头部厂商也正走在加速对产业环节垂直整合的过程中。

近日，意法半导体汽车和分立器件产品部(ADG)，功率晶体管事业部市场沟通经理Gianfranco DI MARCO接受21世纪经济报道记者专访时表示，意法半导体已经可以通过现有6英寸设备处理8英寸碳化硅晶圆，因此大幅压缩了生产线升级所需的设备投资成本。

同时公司把碳化硅视为一个营收增长点：目标是在2024年的碳化硅产品销售额达到10亿美元。而公司此前披露的2021年度数据显示，全年实现净营收127.6亿美元。考虑到其首款1200V SiC MOSFET产品上市时间并不算长，可见公司对在此领域发展的期待。

▲图为意法半导体2021年财报披露，图源：公司公告

当然，在全球供应链局面依然不甚稳定的当下，意法半导体也在加强对于整体产能的投入力度。“我想强调一下，在2021年财报中，公司总裁兼首席执行官Jean-Marc Chery表示，意法半导体计划‘2022年资本支出约34-36亿美元，以进一步提高产能，并支持我们的战略计划，其中包括在意大利Agrate 300毫米（12英寸）晶圆新厂的第一条生产线。’这大约是我们2021年18.3亿美元支出的两倍。”他如此援引道。

持续扩张：加速推进8英寸碳化硅晶圆升级改造

无论国内国外，对第三代半导体市场的产能和技术加速正成为共同的趋势，从意法半导体来说也是如此。

Gianfranco向记者介绍，多年来，意法半导体一直有一个称雄碳化硅和氮化镓（GaN）宽禁带(WBG)半导体市场的宏伟目标。


具体来说，在碳化硅方面，“按照继续发展计划，我们正在增加意大利卡塔尼亚的6 英寸晶圆厂产能，并在新加坡开始生产6英寸晶圆，以满足汽车和工业领域客户日益增长的需求。”他进一步介绍，公司同时在执行行业垂直整合计划，2019年收购了碳化硅衬底厂商 Norstel公司，其已100%合并到意法半导体，更名为“ST SiC AB”。“该团队专门生产碳化硅衬底，并将加快我们向8英寸晶圆生产的升级改造。我们目前已经宣布8英寸原型片开发调试成功。”

对于氮化镓领域，Gianfranco指出，意法半导体在法国图尔的8英寸晶圆厂投资建设已进入收尾阶段，目前推出了首款650V e-mode氮化镓晶体管G-HEMT，并将在2022年继续扩大产品系列，还计划从2022年底开始在氮化镓产品组合中增加100V产品。

“意法半导体很早就决定为新兴的电动汽车市场提供车规碳化硅MOSFET晶体管。同时电动汽车市场增速惊人。这些先发优势帮助意法半导体获得了两位数的全球市场份额。”他补充道。

▲受访人Gianfranco DI MARCO，图源：公司官方提供

不过伴随持续投入扩产的过程，行业内有部分观点认为，8英寸碳化硅晶圆目前似乎并没有成为必然的发展趋势。

对此，Gianfranco回应21世纪经济报道记者，“硅半导体的发展历史早已证明，改用更大尺寸的晶圆可以提高生产率，帮助最终客户提高竞争力。对于意法半导体而言，我们现有6英寸设备已经可以处理8英寸晶圆，因此大幅压缩了生产线升级所需的设备投资成本。”他进一步表示，通过垂直整合设计和生产链条，将更好实现公司对碳化硅衬底的内部控制，“这对于我们向8英寸升级是一个加分项，因为我们可以提高自主程度，更快地完成8英寸升级改造。”

如此可见，在对于新兴技术的投入过程中，产业链整合能力正愈发重要起来，这不仅有利于公司的能力不断完善，更有利于公司对于更前沿技术的快速研发和部署落地。


Gianfranco向记者分析，一般来说，对于像硅这样的市场整合度较高的技术，无论是无厂业务模式，还是内部制造与外部代工混合的业务模式，都是非常成功的，这为供应链带来了更大灵活性。

“但是，我们认为这些模式并不适合碳化硅，因为碳化硅供应还没有那么大、那么稳健，因此，完全掌控供应链对于碳化硅企业非常重要，以确保碳化硅晶圆厂商能够买到制造碳化硅器件所需的基本材料，主要是衬底。此前，衬底短缺曾阻碍了碳化硅市场增长。”他如此补充，“我们坚信，成为一家综合型半导体制造商 (IDM) 对于保障碳化硅产品安全供应非常必要，尤其是考虑到现在碳化硅对电动汽车 (EV) 行业的战略意义。而且，当供应链可能中断时，IDM模式还能起到缓冲保护的作用，考虑到现在一些破坏供应链的因素仍会浮现。可以说，垂直整合已成为碳化硅厂商的特质及差异化特征。”

应用探索：硅基和新半导体材料器件将共存数年

碳化硅相关功率器件应用在智能汽车上已经逐渐有了落脚，但行业普遍认为，考虑到其落地的成本依然偏高，应用落地将是一个循序渐进的过程。


在这其中，前述三大第三代半导体领域龙头厂商都陆续开发了基于各自路线的碳化硅MOSFET等相关功率器件，并希冀一定程度上推动应用成本的逐渐缩窄。

对于相关应用成本的考虑，Gianfranco向记者表示，意法半导体是一家半导体制造商，专注点是产能、产品性能，以及包括升级到8 英寸SiC晶圆制造在内的积极创新计划。“我们致力于帮助电动汽车制造商提供更高性能和更具竞争力的车型。需要强调的是，电动汽车的动力电池仍然很昂贵，并且电池技术仍需改进。电动汽车的成本更多地取决于电池成本，而这不在我们的控制范围内。我们相信硅半导体和碳化硅将共存数年。我们不确定碳化硅何时能完全取代硅基器件，至少十年内肯定不会发生。”

当然，这是基于两类不同材料的特性决定的。“我们相信硅半导体和新半导体材料将继续共存一段时间。在硅不占有优势的新电路拓扑中，碳化硅和氮化镓将提高各自的作用和市占率，在能够证明可以提高能效和价值时，新半导体材料将会取代现有的硅半导体。以5G应用为例，根据氮化镓的特性，氮化镓将会取代硅基芯片，提高市场渗透率。”他进一步补充道。

谈及是否会因此加大对于部分业务领域的投入力度或者业绩预期，Gianfranco回应，意法半导体一直认为，厂商拥有广泛的产品是一种优势，因为客户总是在寻找整体解决方案，而不仅是单一技术。同时相信，掌握不同的半导体技术知识有助于把创新功能融入新兴技术，例如碳化硅。

“今天，硅基半导体已是一种成熟技术，不需要在创新方面大量投资，创造的收入还可以投到碳化硅等资本密集型领域。硅技术成熟还意味着硅基产品创新将在很大程度上是渐进式创新，而碳化硅更有可能取得飞跃式进步，像我们的第三代碳化硅STPOWER那样。”他如此分析。

作为行业Top级厂商，意法半导体对于两大主要第三代半导体领域的应用场景探索和思考具备一定的行业意义。Gianfranco向记者介绍，碳化硅在一定程度上是功率半导体技术的新前沿，因为它正在彻底改变电力转换生态系统，这一点看看汽车厂商为在未来几年推出越来越多的电动汽车车型所做的不懈努力就会明白。

“在我们看来，氮化镓主要是对碳化硅的一个补充；两种技术在650V时有重合之处，氮化镓晶体管的开关频率远高于碳化硅，更适用于尺寸更小、功率密度更高的下一代车载充电机和DC-DC变换器。当然，氮化镓的技术成熟度落后于碳化硅，目前距离完全成熟的车规氮化镓上市还有一段距离。”他续称，除了将氮化镓技术用于充电器、数据中心电源、DC-DC转换器和太阳能逆变器等功率转换应用之外，公司还在为5G基站和毫米波功放应用开发氮化镓产品。

而随着越来越多国内的产业公司加入对第三代半导体市场的投入和扩产力度，这看起来将是一个有望百花齐放的市场。

“随着碳化硅市场做大，必然会吸引更多玩家入市。所以，新公司蜂拥而至也就不足为奇。”Gianfranco如此向记者表示，“中国是目前最大的电动汽车市场，因为提前布局，意法半导体已经在其中占有一席之地；我们与中国汽车厂商正在开发几个项目。意法半导体的主要碳化硅封测厂是在深圳，我们在新加坡有第二个碳化硅工厂，因此，我们是真正的东亚地区本地供应商。”