碳化硅衬底，向12英寸进发

在碳化硅（SiC）产业链中，衬底部分占据了重要的价值份额。中商产业研究院的数据显示，衬底是碳化硅功率器件制造过程中成本占比最高的环节，占比达47%，而在传统的硅基半导体器件中，硅片衬底的占比通常不超过10%，造成碳化硅衬底和硅衬底价值占比显著差异的主要原因在于碳化硅单晶材料制备的复杂性更高；碳化硅器件价值量占比第二大的是外延部分的成本，占比为23%，目前衬底和外延这两大工序是碳化硅功率器件制备中最重要的环节。

而就在日前，中电科半导体材料有限公司所属山西烁科晶体有限公司成功研制出12英寸（300mm）高纯半绝缘碳化硅单晶衬底，并同期研制成功12英寸（300mm）N型碳化硅单晶衬底。这也是国内第二家宣布突破12英寸碳化硅衬底的厂商。目前，碳化硅衬底正向12英寸进发。

新能源汽车推动碳化硅衬底扩径降本

碳化硅衬底是一种由碳和硅两种元素组成的化合物半导体单晶材料，具备禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强高、电子饱和漂移速率高等特点，可有效突破传统硅基半导体器件及其材料的物理极限，开发出更适应高压、高温、高功率、高频等条件的新一代半导体器件，具备广泛应用于5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车及充电桩、大数据中心等“新基建”领域的潜力。

很长时间里，碳化硅衬底一直都停留在6英寸的阶段。到了2020年，逐渐有越来越多的厂商陆续加入到8英寸碳化硅衬底的投资中。但实际上早在2015年，便有多家公司首次在业界展示了8英寸的碳化硅衬底样品。近两年8英寸碳化硅衬底在技术和产品开发上明显加速。

而这其中离不开新能源汽车产业的推动。实际上，新能源汽车市场也是从2019年后才开始正式踏上快车道。从几家新能源头部车企来看，特斯拉2019年全球销量同比增长50%；比亚迪在2019年实际上则是迎来了一个低谷，经历了2020年疫情后，到2021年正式进入爆发增长阶段，2022年销量已经是2019年的接近4倍。

为提高生产效率并降低成本，大尺寸是碳化硅衬底制备技术的重要发展方向。衬底尺寸越大，单位衬底可制造的芯片数量越多，单位芯片成本越低。衬底的尺寸越大，边缘的浪费就越小，有利于进一步降低芯片的成本。

8英寸晶圆能够显著提升单位面积晶圆上的芯片数量（DPW），降低单片芯片的生产成本。虽然从6英寸升级到8英寸，碳化硅衬底的加工成本有所增加，但可以提升芯片产量，8英寸能够生产的芯片数量约为6英寸碳化硅晶圆的1.8倍，向8英寸转型，是降低碳化硅器件成本的可行之法。同时，8英寸衬底厚度增加有助于在加工时保持几何形状，减少边缘翘曲度，降低缺陷密度，从而提升良率，采用8英寸衬底能够大幅降低单位综合成本。

国产企业领跑，率先发布12英寸碳化硅衬底

衬底电学性能决定了下游芯片功能与性能的优劣，为使材料能满足不同芯片的功能要求，需要制备电学性能不同的碳化硅衬底。按照电学性能的不同，碳化硅衬底可分为两类：根据工信部发布的《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019年版)》，一类是具有高电阻率(电阻率>电阻率≥100,000Ω·cm)的半绝缘型碳化硅衬底，另一类是低电阻率(电阻率区间为15~30mΩ·cm)的导电型碳化硅衬底。按照导电类型，导电型碳化硅衬底可以分为N型和P型，其主要区别在于掺杂元素的不同。

就当下而言，国际企业在8英寸碳化硅衬底领域，属于“领先者”的角色。相比之下，国内碳化硅产业起步较晚，在碳化硅衬底尺寸上也有所落后，属于“追赶者”的角色。

但随着中国企业的追赶和弯道超车，衬底尺寸的代差正在缩短。2024年，国内两家企业率先发布12英寸衬底。

2024年11月14日，天岳先进官微披露，天岳先进携全系列碳化硅衬底产品亮相德国慕尼黑半导体展览会，并于11月13日发布了12英寸（300mm）N型碳化硅衬底产品，标志着碳化硅产业正式迈入超大尺寸碳化硅衬底时代。

2024年12月26日，中电科半导体材料有限公司所属山西烁科晶体有限公司成功研制出12英寸（300mm）高纯半绝缘碳化硅单晶衬底，并同期研制成功12英寸（300mm）N型碳化硅单晶衬底。

中国企业如今开始逐渐领跑碳化硅衬底技术。报告显示，2021年至2023年期间，中国参与者披露的SiC发明专利数量增加了约60%，是全球主要国家和地区当中增长更快的，同时也是专利申请量最多的。如果仅看2023年，在全球SiC专利申请当中，超过70%被都是来自于中国实体。这也侧面体现了中国企业的研发能力。

此外，天岳先进作为国内碳化硅衬底领域的领先企业，不仅在技术积累上有所突破，更是在市场布局上积极拓展。

日本权威行业调研机构富士经济公布了《2024年版新一代功率器件&相关市场现状和展望》报告，围绕世界SiC/GaN的最新动向以及材料供不应求角度展开了分析和预测。据报告测算，2023年全球导电型碳化硅衬底材料市场占有率前三的公司有1家来自中国，天岳先进更是超过Coherent跃居全球第二。

此外，天岳先进也成功切入国际大厂的供应链。目前，天岳先进向英飞凌供应高品质6英寸碳化硅衬底，也将助力英飞凌向8 英寸碳化硅晶圆过渡。英飞凌透露，天岳先进的供应量预计将占到英飞凌长期需求量的两位数份额。

短期内碳化硅衬底仍将以8英寸为目标

碳化硅产业当前主流的晶圆尺寸是6英寸，并正在大规模往8英寸发展，在最上游的晶体、衬底，业界已经具备大量产能，8英寸的碳化硅晶圆产线也开始逐渐落地，进入试产阶段。

据不完全统计，截止目前，全球合计约34家企业正在建设或提出将要建设8英寸SiC晶圆线。这些项目总投资额超过1754亿元，规划总产能超过 695.4 万片。

Wolfspeed在2015年率先推出8英寸衬底。为大力推进8英寸衬底的量产及商业化，Wolfspeed斥资50亿美元在美国北卡罗来纳的查塔姆县新建了一座生产8英寸SiC衬底的工厂，预计2025年上半年开始生产，预计竣工达产后Wolfspeed的SiC衬底产量将扩大10倍。同时，Wolfspeed已在美国纽约的莫霍克谷中拥有全球首家且最大的8英寸SiC 工厂，这家工厂于2022年4月正式开业，总投资为10亿美元（约合人民币71.2亿），占地面积为55英亩，主要生产8英寸SiC晶圆。

罗姆在碳化硅领域已有20多年开发历史，也是较早开始研发8英寸碳化硅衬底的厂商之一，与Wolfspeed一样，罗姆也在2015年推出了8英寸碳化硅衬底。2023年7月，罗姆宣布计划在2024年末开始在其位于日本宫崎县的第二工厂生产8英寸碳化硅衬底，即蓝碧石半导体宫崎第二工厂，该工厂原本是太阳能技术公司Solar Frontier的原国富工厂。

Coherent（原II-VI）作为SiC衬底头部厂商之一，同样在2015年展示了8英寸导电型SiC衬底，2019年又推出了半绝缘型8英寸SiC衬底。2024年10月，Coherent宣布推出其8英寸碳化硅外延片，目前其可出货的产品为350μm和500μm的衬底和外延片产品。Coherent表示，新的8英寸碳化硅外延片采用尖端的厚度和掺杂均匀性设计，树立了新的行业标准。

随着市场需求的持续增长和成本压力的加大，近年来，Soitec、住友金属、日本碍子等企业也逐渐突破相关技术，开始建设相关生产线。碳化硅厂商纷纷投资研发并逐步转向8英寸产线，以期降低成本，提高市场竞争力。

而在国内，目前已有10多家企业进入8英寸SiC衬底的出样阶段和小规模生产阶段。这些企业包括：烁科晶体有限公司、晶盛机电股份有限公司、天岳先进科技股份有限公司、南砂晶圆半导体技术有限公司、同光半导体股份有限公司、天科合达半导体股份有限公司、哈尔滨科友半导体、乾晶半导体、三安半导体、超芯星半导体、粤海金半导体材料有限公司。此外，还有很多其他中国制造商正在研究8英寸衬底，如环球晶圆、东尼电子、合盛硅业、天成半导体。

天岳先进8英寸碳化硅衬底已实现批量销售。天岳先进表示，从长期降低器件成本上，毋庸置疑，行业未来将向8英寸碳化硅衬底转型，8英寸也是未来衬底厂商奠定竞争格局的重要环节，公司也在持续推动包括国内外客户以及第三代半导体行业向8英寸切换。公司在8英寸衬底上进行了前瞻性布局，已经具备先发优势和领先地位。公司不仅

实现8英寸碳化硅衬底国产化替代，公司8英寸碳化硅衬底已经率先实现海外客户批量销售。

目前，中国衬底制造商与国际巨头的差距已明显缩小。英飞凌等公司已与中国制造商建立长期合作伙伴关系，如天岳先进和天科合达。从技术角度来看，差距的缩小反映了全球衬底技术的整体进步。展望未来，各制造商的共同努力有望推动8英寸衬底技术的发展。

随着国际一线大厂在8英寸晶圆工厂的建设已经步入陆续投产的阶段，未来8英寸碳化硅衬底需求保持增长趋势。短期内，碳化硅衬底仍将以8英寸为目标。