碳化硅功率器件行业的关键拐点,集中在器件结构从平面栅向沟槽栅的演进,以及晶圆产线从6寸向8寸及以上的升级。前者决定了芯片性能的物理极限,后者决定了产业化的成本下限,两者共同构成了碳化硅从导入期走向大规模应用的核心驱动力。

技术结构拐点:从平面栅到沟槽栅

碳化硅MOSFET在应用之初,和IGBT一样采用了平面栅结构。随着技术导入,设计上逐步从平面结构演变为沟槽结构。参照IGBT的发展历史,沟槽型被视为技术演进的终极目标。目前,罗姆(Rohm)与英飞凌(IFX)已推出沟槽型产品,而克里(Cree)、意法半导体(STM)及安森美(ON)的产品仍以平面型为主,业内预期这三家后续也会逐步转向沟槽型。

沟槽结构的核心优势在于单位面积的导通电阻(RonA)显著降低。以罗姆两代产品的官方数据为例,其2G平面栅产品在1200V耐压下的RonA为8.2mΩ·cm²,而3G沟槽栅产品降至4.1mΩ·cm²,几乎减半。不过,沟槽型的缺点在于可靠性——栅极氧化层在沟槽结构中更为脆弱,能否满足车规级要求,仍有待工艺进步与车厂验证。

产能拐点:从6寸到8寸晶圆

晶圆尺寸直接决定了单片晶圆的芯片产出数量。以5mm×5mm的芯片尺寸为例,8寸晶圆的单片产出数约为1033颗,而12寸晶圆约为2461颗。晶圆越大,单片产出越多,分摊到单颗芯片的成本就越低。

当前碳化硅行业的主流产线仍为6寸,克里(Cree)的8寸线尚在扩产且需要大量时间。8寸线能否快速放量,是碳化硅解决产能瓶颈与实现降本的关键所在。相比之下,IGBT已可做到12寸线,碳化硅在晶圆尺寸上的差距,直接制约了其降本速度与供货能力。

市场格局拐点:二极管红海与MOS管蓝海

从国内厂商的参与度看,碳化硅市场已出现明显分化。国内企业目前的重心仍放在IGBT领域,对工艺要求更高的碳化硅MOSFET尚显吃力。在封装成品阶段,国内厂商大部分只能完成二极管产品,而MOSFET管则受限于技术水平。因此,碳化硅二极管领域竞争激烈已成红海,而MOSFET管市场仍以国外品牌为主导,属于增量空间更大的蓝海市场。谁能率先实现碳化硅MOSFET的稳定量产,谁就有望率先抢占这一市场。

常见问题

沟槽栅一定比平面栅好吗?

沟槽栅在降低导通电阻方面优势明显,罗姆3G产品较2G的RonA几乎减半。但沟槽结构的栅极氧化层更脆弱,可靠性是其主要短板,能否满足车规要求还需看工艺进步与车厂验证。

8寸晶圆对碳化硅降本有多大意义?

以5mm×5mm芯片为例,8寸晶圆单片产出约1033颗,12寸约2461颗。晶圆尺寸越大,单片产出越多,单位成本越低。因此8寸线放量被视为碳化硅降本的核心路径。

国内厂商在碳化硅领域的机会在哪里?

国内厂商目前在碳化硅MOSFET领域尚存技术差距,多数只能做二极管产品。但这也意味着MOSFET市场是蓝海,谁能率先突破工艺瓶颈,谁就能抢占先机。