碳化硅晶片是目前全球最先进的第三代半导体材料。它是制造高温、高频、大功率半导体器件的理想衬底，其研究和应用极具战略意义。碳化硅晶片具有广阔的应用前景，除了用在我们日常接触的电动汽车、5G通信、轨道交通上，还可应用于国防、航空航天等重点领域，具有不可替代的优势，被视作国家新一代信息技术核心竞争力的重要支撑。从开始涉足该项领域到潜心研究至今日成果领先世界，杨建和他的团队用了17年。

携手奋斗17年，打造国产半导体产业的明天

在一片直径为15厘米、厚度只有0.35毫米的碳化硅晶片上能刻画出庞大的信息。然而碳化硅晶片的制备工艺极其复杂，需要把碳化硅原料加热到2300℃并变成气态后，再通过控制温度、压力等在内的各种技术参数，最后结晶形成硅锭。制备这项技术难度高、成本大（占器件成本的一半）的衬底材料，被视作碳化硅产业链的关键环节，业内有着“得衬底者得天下”的说法。打个比方，5G速度快在于它有一颗非常强大的心脏，而这个心脏依赖的就是这一片薄如纸的碳化硅晶片。

过去这种晶片主要产能集中在欧美国家，且拒绝与他国分享核心技术，所以我国碳化硅晶片的研究进展一直十分缓慢。而最近十年，在杨建和搭档陈小龙的努力下，情况已经发生了巨大转变。2014年，天科合达终于成功地研发出6英寸的晶片，并于2016年量产推向市场。

从开始摸索碳化硅晶片生长技术到实现量产推向市场，杨建和陈小龙整整奋斗了十七年。

作为高新技术企业的带头人，杨建对技术人才有着迫切的需求。在杨建看来，与其挖掘人才，不如自己培养人才。北京有着浓厚学术环境和得天独厚的科研优势，用培养的方式获取人才，才能给自己创造更多的机会。这获得了北京市组织部、大兴区组织部的大力支持，并为公司5名成熟人才、15名应届硕士解决了北京户口，15人解决公租房。此外，公司5人获得“大兴区新国门领军人才”称号、6人获得“大兴区优秀青年”称号，这是人才对北京的情愫，更是北京对人才的温度。

与此同时，北京市大兴区政府在国家（市级）项目匹配资金、重大科技成果转化、促进高精尖产业发展、人才培养等方面，全方位、多维度的给予企业资金和政策支持。2020年，天科合达向北京市大兴区申请土地，为工厂扩建做准备。虽然工程进进度受到了疫情影响，但在政府各方努力协调下，新工厂的建设已经进入尾声，预计今年七月底就能进驻投产。

目前，天科合达在导电型碳化硅晶片方面占据了90％以上的国内市场。这也意味着天科合达完全有能力替代国外产品，去满足中国自己的碳化硅晶片需求。如今，天科合达在碳化硅单晶行业世界排名中位列第四，国内排名居前列。功夫不负有心人，从跟随到齐跑，再到赶超，杨建终于带领团队在这条创业之路上实现了换道超车。

中国也有“Wolfspeed ”

“我们有机会（在碳化硅领域）弯道超车。”天科合达总经理杨健表示。

他所在的这家公司2006年成立，技术依托于中科院物理所，产品对标的正是Wolfspeed的碳化硅晶片，“实际上1999年我们就开始做了”。

在他看来，Wolfspeed及其前身Cree的确有一些先发优势，无论是技术、产品还是客户资源——但中国碳化硅初创公司也有自己的特点。

其中比较关键的两点在于，一是中国在第三代半导体材料方面的布局并不算晚，储备了相关技术；二是中国有巨大的内需型半导体市场（每年进口价值数千亿美元的芯片产品）。

他介绍，碳化硅领域“一代材料对应一代设备，以及一代技术”，目前天科合达是国内唯一一家能够同时向客户批量供应4-6英寸导电及半绝缘碳化硅衬底的企业，正在研发8英寸晶片。

对于中国能够较早布局碳化硅的原因，杨健认为从国家战略层面，早已看到了第三代半导体材料的价值，所以做出了相关部署。

他指出，中国已经建立了从碳化硅基础材料到功率器件，再到模组以及终端应用的上下游产业生态，“所以我们不担心被卡脖子，甚至还有机会弯道超车”。

公开资料显示，中国目前在碳化硅产业链的各个环节都出现了一些颇具代表性的公司——衬底（晶片）领域有天科合达、天岳先进，外延领域（碳化硅的另一个环节）的代表公司包括东莞天域、瀚天天成，器件等终端应用领域有斯达半导、泰科天润等。

中国的这种产业生态，与海外大厂的IDM模式（Integrated Design and Manufacture，集成设计和制造）有显著不同。

包括意法半导体、罗姆、Wolfspeed在内，均采用IDM这种垂直整合模式，即设计、制造、测试、封装、销售均掌握在自己手中。

“Wolfspeed的IDM模式有自己的原因，它早期也面临碳化硅材料需求不足的情况，所以自己去做了下游产品（外延、器件、模组等），相当于是全产业链”，杨健表示，天科合达不会采用这种模式，而是致力于跟合作伙伴合作。

他坦陈，早些年碳化硅技术的产业化确实是一个难题，一方面这种技术本身还有待提升，另一方面下游水平较低，没有办法找到足够的应用场景。

一种前景光明的材料却无法快速获得广泛应用，这对一个初创公司来说是一个艰难的过程，实际上对于中国的整个碳化硅产业链也是考验。

从2009年开始销售产品，直到2017年，天科合达的大部分产品都是出口海外，“当时国内产业链不成熟，国外有客户利用我们的晶片做一些器件方面的应用”。

“但趋势很明确，半导体材料就是要往（碳化硅）这个方向走，包括军工、5G方面的一些发展趋势等”，杨健表示。

随着特斯拉在2017年推出首款应用了碳化硅功率器件的Model 3，这种第三代半导体材料的应用场景被彻底打开。

中国已经连续7年成为全球第一大新能源汽车市场，这为包括天科合达在内的碳化硅产业链龙头公司提供了崛起的风口。

根据咨询机构Yole的统计，2018年天科合达的主力产品导电型碳化硅晶片在全球市场占有率为1.7％，排名全球第六、国内第一。

一年后，这组数据变成了4.23％，以及全球第五、国内第一。

这意味着Wolfspeed等国际龙头企业的竞争优势并非不可撼动——根据Yole市场调研报告显示，2021年Wolfspeed公司在SiC（碳化硅）晶片的市场份额为49％。

市场地位的变化也让中国的初创公司获得了投资人的追捧。

国家集成电路产业投资基金、宁德时代、深创投、哈勃投资、中科创星、中金资本、比亚迪、天富能源等都是天科合达的投资者。

SiC市场将迎高速成长

国内厂商存广阔替代空间

第三代半导体被赋予战略意义，并在2021年列入十四五规划后，迅速成为超级风口。其中，碳化硅作为第三代半导体的“课代表”，市场发展十分迅速。

碳化硅产业链中，衬底材料技术难度高、成本占比高。就发展水平而言，尽管目前国内在衬底环节已涌现出不少有代表性的企业，但国内外在碳化硅衬底方面存在的技术差距，却非一朝一夕可以逆转。

据化合物半导体市场了解，目前国内主要以4英寸碳化硅衬底为主，部分企业虽已在6英寸领域取得突破，但良率仍存在差距；国际一线大厂则以6英寸为主，多家厂商已实现了6英寸碳化硅衬底的稳定供应。

差距在8英寸碳化硅衬底上更为明显。

国际企业方面，Wolfspeed、罗姆、II-VI均在2015年就已展示了8英寸碳化硅衬底，其中Wolfspeed还在2019年5月宣布投入10亿美元（约64.6亿人民币）建设新工厂，并在今年4月开始生产8英寸碳化硅等产品；英飞凌在2020年9月宣布其8英寸 SiC晶圆生产线已经建成；罗姆旗下SiCrystal公司预计2023年左右开始量产8英寸衬底、2025年量产8英寸SiC器件；Soitec在2022年5月发布了8英寸碳化硅衬底产品，其还在2022年3月启动新晶圆厂建设计划，将用于6英寸、8英寸SmartSiC晶圆制造，预计2023年下半年建成投产...

可以看到，国际企业对于8英寸碳化硅衬底的量产已提上日程。相较之下，天科合达、天岳先进、中科院物理研究所等中国企业/科研机构则仍处于8英寸碳化硅衬底的研发阶段。

但也有例外。2020年10月，据山西日报报道，中电科旗下山西烁科晶体公司完全掌握4-6英寸衬底片“切、磨、抛”工艺，同时8英寸衬底片已经研发成功；2022年1月，烁科晶体实现8英寸N型碳化硅抛光片小批量生产。

可以看到，尽管存在差距，但中国正在加速追赶。另一方面，尽管碳化硅在5G、雷达、国防军工、新能源汽车、光伏、轨道交通、储能等领域的应用前景十分广阔，但碳化硅的下游应用目前大多处于研发阶段，碳化硅衬底现正处于爆发式增长的前夜，大量资金在此刻涌入，有望缩短中外之间存在的技术差距，在碳化硅实现大规模应用之时，在一定程度上实现国产化替代。

文章来源：宽禁带联盟，全球半导体观察，金融界