“以碳化硅為襯底做成的晶圓，現(xiàn)在每片價(jià)格高達(dá)30萬元！”一家主營功率器件的公司負(fù)責(zé)人如此感嘆。

    隨著新能源汽車巨頭陸續(xù)試水，碳化硅在新能源汽車、光伏領(lǐng)域、電力市場快速放量。國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展?fàn)顩r如何？未來市場空間有多大？近日，上海證券報(bào)記者專訪了露笑科技董事長魯永。

    “未來需求量和增速都非常可觀，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈瓶頸還是襯底片、外延片。”魯永介紹，露笑科技在藍(lán)寶石襯底片、長晶爐等領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)入材料硬度接近、前景廣闊的碳化硅領(lǐng)域可謂順理成章。在公司首席科學(xué)家陳之戰(zhàn)的帶領(lǐng)下，公司在碳化硅襯底片領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，成為國內(nèi)領(lǐng)先的導(dǎo)電型碳化硅襯底片公司。

    碳化硅為什么火了？

    在特斯拉采用了碳化硅功率器件后，碳化硅變得炙手可熱。

    “一方面，碳化硅成本持續(xù)下降，越來越多的應(yīng)用端可以接受了，開始主動(dòng)采用碳化硅器件提升產(chǎn)品性能；另一方面，‘雙碳’戰(zhàn)略下，節(jié)能減排需求也助推了用戶加速采用碳化硅器件。”魯永認(rèn)為，在技術(shù)端和應(yīng)用端合力推進(jìn)下，碳化硅的應(yīng)用市場進(jìn)入了爆發(fā)期。

    對(duì)于采用碳化硅的“好處”，魯永給記者舉了一個(gè)例子：在發(fā)電行業(yè)，當(dāng)交流電直流電轉(zhuǎn)換時(shí)，如果關(guān)鍵器件采用碳化硅，可大幅減少轉(zhuǎn)換過程中的電力損耗。即便這個(gè)比例是1%，那節(jié)能總量也是驚人的。

    記者了解到，小鵬G9采用800V高壓SiC平臺(tái)，相比400V平臺(tái)續(xù)航提升了5%。這意味著，整車廠可以在采用相同電池容量情況下，通過碳化硅器件將續(xù)航里程提升5%；或者在設(shè)計(jì)相同續(xù)航里程情況下，減少搭載的電池容量5%。兩種情況都有助于整車廠顯著降低成本。

    “光伏逆變器已經(jīng)采用碳化硅器件，新能源汽車用碳化硅將在未來一兩年內(nèi)快速放量。”魯永表示，碳化硅功率器件具有高電壓、大電流、高溫、高頻率、低損耗等獨(dú)特優(yōu)勢，與硅基功率器件相比，可大幅提高能源轉(zhuǎn)換效率，未來在光伏、新能源汽車、電力電子、軌道交通等領(lǐng)域具有確定的大需求、高增長。

    記者注意到，全球主要的碳化硅供應(yīng)商紛紛擴(kuò)產(chǎn)。全球最大的碳化硅供應(yīng)商Wolfspeed宣布將新建8英寸晶圓廠，羅姆希望在未來5年內(nèi)將產(chǎn)能提高5倍，東芝計(jì)劃到2024年將碳化硅產(chǎn)量提高3倍；國內(nèi)廠商方面，天岳先進(jìn)投資25億元擴(kuò)產(chǎn)6英寸導(dǎo)電型碳化硅襯底材料，露笑科技定增募資25.67億元用于大尺寸碳化硅襯底片等項(xiàng)目。

    魯永認(rèn)為，碳化硅進(jìn)入需求驅(qū)動(dòng)成長的階段，需求放量帶來成本價(jià)格下降，進(jìn)而又帶動(dòng)新的需求，這樣的正循環(huán)正在加速推動(dòng)產(chǎn)業(yè)成長。多家機(jī)構(gòu)看好碳化硅市場的高成長性。Yole預(yù)測，2021年全球碳化硅功率器件的市場規(guī)模約10億美元，預(yù)計(jì)到2025年將超過37億美元，年復(fù)合增長率超過34%。

    襯底片為什么是瓶頸？

    “未來市場的年需求量高達(dá)200萬至300萬片，完全不用擔(dān)心產(chǎn)能過剩。”對(duì)于全球碳化硅擴(kuò)產(chǎn)大潮，魯永告訴記者，當(dāng)前碳化硅襯底片、外延片供不應(yīng)求，成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展掣肘。

    難道不是買個(gè)爐子（長晶爐）就可以拉晶棒、切碳化硅襯底片了嗎？“整個(gè)生產(chǎn)過程涉及很多參數(shù)設(shè)定、耦合效應(yīng)，每一道工序都會(huì)影響碳化硅襯底片的質(zhì)量和良率。”面對(duì)記者疑惑，魯永解釋道。

    據(jù)介紹，碳化硅襯底片的制備過程非常復(fù)雜，首先是將高純碳粉、高純硅粉合成碳化硅粉，在特殊溫場下，采用物理氣相傳輸法（PVT）生長出碳化硅晶錠，然后將晶錠加工成晶棒，再切割為碳化硅晶片，經(jīng)過研磨、拋光、清洗等多道工序，得到碳化硅襯底片。

    “長晶就是最大的難點(diǎn)之一，晶錠每增加一毫米厚度，廠商都要付出巨大的努力。”魯永表示，這背后是亟待解決的兩個(gè)世界性難題：一是碳化硅晶體生長的速度、穩(wěn)定性跟不上產(chǎn)業(yè)需求的快速放量；二是碳化硅晶錠厚度與質(zhì)量的矛盾。在晶錠生長過程中，氣態(tài)碳化硅會(huì)持續(xù)分解為碳和硅，這些雜質(zhì)附著在晶錠上不僅影響晶錠的質(zhì)量（比如純度），還減緩晶錠生長速度，廠商必須在晶錠厚度和質(zhì)量間取一個(gè)平衡。

    不僅是長晶，碳化硅襯底片生產(chǎn)的每一個(gè)步驟、每一個(gè)物料都至關(guān)重要。“露笑科技產(chǎn)能增長現(xiàn)在就嚴(yán)重受到輔料的影響，比如高品質(zhì)的拋光材料國內(nèi)就很缺乏。”魯永說。

    掌握碳化硅核“芯”技術(shù)

    目前，露笑科技已經(jīng)能量產(chǎn)碳化硅襯底片，并與下游企業(yè)簽訂了大額長單。這得益于露笑科技前瞻布局、練就一手絕活。

    “從軟硬件設(shè)備到籽晶，再到整個(gè)生產(chǎn)及控制、成本管控，露笑科技構(gòu)建了一整套的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和工藝標(biāo)準(zhǔn)，確保碳化硅襯底片的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。”魯永強(qiáng)調(diào)，這樣的內(nèi)功可不是一蹴而就的。露笑科技通過藍(lán)寶石加工業(yè)務(wù)，在晶體生長、切、磨、拋技術(shù)及工藝等領(lǐng)域積累了深厚的實(shí)力，又經(jīng)過三四年的研發(fā)，才有了今天的成果。

    說到這里，魯永笑呵呵地說，露笑科技的進(jìn)展太快了，以至于讓外界懷疑，這家公司到底是在吹牛還是有真功夫？

    “不同于業(yè)界采用‘小試、中試、產(chǎn)線’等做法，露笑科技總結(jié)、開創(chuàng)了一個(gè)全新的、快速迭代的產(chǎn)業(yè)化模式。”對(duì)于露笑科技的獨(dú)辟蹊徑，魯永進(jìn)一步解釋，露笑沒有秉承傳統(tǒng)的“在實(shí)驗(yàn)室孵化成功再產(chǎn)業(yè)化”思路，而是一開始就直接把研發(fā)實(shí)驗(yàn)室搬到了廠里，在大產(chǎn)線上直接進(jìn)行驗(yàn)證、試驗(yàn)，從而大大縮短了工藝開發(fā)與驗(yàn)證的過程、直接提升了產(chǎn)品質(zhì)量和良率。

    創(chuàng)新研發(fā)模式，露笑科技大大加快了碳化硅襯底片的產(chǎn)業(yè)化速度。魯永介紹，目前露笑科技一共有280臺(tái)長晶爐，預(yù)計(jì)8月襯底片出貨量可達(dá)到500至1000片，今年年底可達(dá)到5000片/月的產(chǎn)能，到2023年4月產(chǎn)能可達(dá)到1萬片/月；預(yù)計(jì)2023年能夠?qū)崿F(xiàn)年產(chǎn)20萬片的產(chǎn)能規(guī)劃。

    露笑科技的碳化硅襯底片已通過多家終端用戶的驗(yàn)證。公司碳化硅襯底片二極管（SBD）前期已通過相關(guān)下游用戶驗(yàn)證，用到了光伏器件中；三極管（MOSFET）目前還在驗(yàn)證過程中。“二極管驗(yàn)證周期半年到一年，但三極管驗(yàn)證周期是一至兩年，所以后者還需要一點(diǎn)時(shí)間。”

    “掌握碳化硅核‘芯’技術(shù)，做第三代半導(dǎo)體領(lǐng)跑者。”在露笑科技公司的墻壁上，張貼著這樣一張醒目的標(biāo)語。

    露笑科技已經(jīng)成為國內(nèi)排名靠前的導(dǎo)電型碳化硅襯底片供應(yīng)商，未來將大幅提升產(chǎn)能，同時(shí)預(yù)研、儲(chǔ)備8英寸襯底片技術(shù)。“我們會(huì)深耕碳化硅行業(yè)。”魯永說。