焦点日报：新能源带火碳化硅 露笑科技深耕多年领跑行业

◎仲茜 记者 李兴彩

“以碳化硅为衬底做成的晶圆，现在每片价格高达30万元！”一家主营功率器件的公司负责人如此感叹。

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随着新能源汽车巨头陆续试水，碳化硅在新能源汽车、光伏领域、电力市场快速放量。国内碳化硅产业链发展状况如何？未来市场空间有多大？近日，记者专访了露笑科技（002617）董事长鲁永。

“未来需求量和增速都非常可观，整个产业链瓶颈还是衬底片、外延片。”鲁永介绍，露笑科技在蓝宝石衬底片、长晶炉等领域积累了丰富经验，进入材料硬度接近、前景广阔的碳化硅领域可谓顺理成章。在公司首席科学家陈之战的带领下，公司在碳化硅衬底片领域取得了突破性进展，成为国内领先的导电型碳化硅衬底片公司。

碳化硅为什么火了？

在特斯拉采用了碳化硅功率器件后，碳化硅变得炙手可热。

“一方面，碳化硅成本持续下降，越来越多的应用端可以接受了，开始主动采用碳化硅器件提升产品性能；另一方面，‘双碳’战略下，节能减排需求也助推了用户加速采用碳化硅器件。”鲁永认为，在技术端和应用端合力推进下，碳化硅的应用市场进入了爆发期。

对于采用碳化硅的“好处”，鲁永给记者举了一个例子：在发电行业，当交流电直流电转换时，如果关键器件采用碳化硅，可大幅减少转换过程中的电力损耗。即便这个比例是1%，那节能总量也是惊人的。

记者了解到，小鹏G9采用800V高压SiC平台，相比400V平台续航提升了5%。这意味着，整车厂可以在采用相同电池容量情况下，通过碳化硅器件将续航里程提升5%；或者在设计相同续航里程情况下，减少搭载的电池容量5%。两种情况都有助于整车厂显著降低成本。

“光伏逆变器已经采用碳化硅器件，新能源汽车用碳化硅将在未来一两年内快速放量。”鲁永表示，碳化硅功率器件具有高电压、大电流、高温、高频率、低损耗等独特优势，与硅基功率器件相比，可大幅提高能源转换效率，未来在光伏、新能源汽车、电力电子、轨道交通等领域具有确定的大需求、高增长。

记者注意到，全球主要的碳化硅供应商纷纷扩产。全球最大的碳化硅供应商Wolfspeed宣布将新建8英寸晶圆厂，罗姆希望在未来5年内将产能提高5倍，东芝计划到2024年将碳化硅产量提高3倍；国内厂商方面，天岳先进投资25亿元扩产6英寸导电型碳化硅衬底材料，露笑科技定增募资25.67亿元用于大尺寸碳化硅衬底片等项目。

鲁永认为，碳化硅进入需求驱动成长的阶段，需求放量带来成本价格下降，进而又带动新的需求，这样的正循环正在加速推动产业成长。多家机构看好碳化硅市场的高成长性。Yole预测，2021年全球碳化硅功率器件的市场规模约10亿美元，预计到2025年将超过37亿美元，年复合增长率超过34%。

衬底片为什么是瓶颈？

“未来市场的年需求量高达200万至300万片，完全不用担心产能过剩。”对于全球碳化硅扩产大潮，鲁永告诉记者，当前碳化硅衬底片、外延片供不应求，成为产业发展掣肘。

难道不是买个炉子（长晶炉）就可以拉晶棒、切碳化硅衬底片了吗？“整个生产过程涉及很多参数设定、耦合效应，每一道工序都会影响碳化硅衬底片的质量和良率。”面对记者疑惑，鲁永解释道。

据介绍，碳化硅衬底片的制备过程非常复杂，首先是将高纯碳粉、高纯硅粉合成碳化硅粉，在特殊温场下，采用物理气相传输法（PVT）生长出碳化硅晶锭，然后将晶锭加工成晶棒，再切割为碳化硅晶片，经过研磨、抛光、清洗等多道工序，得到碳化硅衬底片。

“长晶就是最大的难点之一，晶锭每增加一毫米厚度，厂商都要付出巨大的努力。”鲁永表示，这背后是亟待解决的两个世界性难题：一是碳化硅晶体生长的速度、稳定性跟不上产业需求的快速放量；二是碳化硅晶锭厚度与质量的矛盾。在晶锭生长过程中，气态碳化硅会持续分解为碳和硅，这些杂质附着在晶锭上不仅影响晶锭的质量（比如纯度），还减缓晶锭生长速度，厂商必须在晶锭厚度和质量间取一个平衡。

不仅是长晶，碳化硅衬底片生产的每一个步骤、每一个物料都至关重要。“露笑科技产能增长现在就严重受到辅料的影响，比如高品质的抛光材料国内就很缺乏。”鲁永说。

掌握碳化硅核“芯”技术

目前，露笑科技已经能量产碳化硅衬底片，并与下游企业签订了大额长单。这得益于露笑科技前瞻布局、练就一手绝活。

“从软硬件设备到籽晶，再到整个生产及控制、成本管控，露笑科技构建了一整套的知识产权和工艺标准，确保碳化硅衬底片的质量和生产效率。”鲁永强调，这样的内功可不是一蹴而就的。露笑科技通过蓝宝石加工业务，在晶体生长、切、磨、抛技术及工艺等领域积累了深厚的实力，又经过三四年的研发，才有了今天的成果。

说到这里，鲁永笑呵呵地说，露笑科技的进展太快了，以至于让外界怀疑，这家公司到底是在吹牛还是有真功夫？

“不同于业界采用‘小试、中试、产线’等做法，露笑科技总结、开创了一个全新的、快速迭代的产业化模式。”对于露笑科技的独辟蹊径，鲁永进一步解释，露笑没有秉承传统的“在实验室孵化成功再产业化”思路，而是一开始就直接把研发实验室搬到了厂里，在大产线上直接进行验证、试验，从而大大缩短了工艺开发与验证的过程、直接提升了产品质量和良率。

创新研发模式，露笑科技大大加快了碳化硅衬底片的产业化速度。鲁永介绍，目前露笑科技一共有280台长晶炉，预计8月衬底片出货量可达到500至1000片，今年年底可达到5000片/月的产能，到2023年4月产能可达到1万片/月；预计2023年能够实现年产20万片的产能规划。

露笑科技的碳化硅衬底片已通过多家终端用户的验证。公司碳化硅衬底片二极管（SBD）前期已通过相关下游用户验证，用到了光伏器件中；三极管（MOSFET）目前还在验证过程中。“二极管验证周期半年到一年，但三极管验证周期是一至两年，所以后者还需要一点时间。”

“掌握碳化硅核‘芯’技术，做第三代半导体领跑者。”在露笑科技公司的墙壁上，张贴着这样一张醒目的标语。

露笑科技已经成为国内排名靠前的导电型碳化硅衬底片供应商，未来将大幅提升产能，同时预研、储备8英寸衬底片技术。“我们会深耕碳化硅行业。”鲁永说。