劉超
2016年,全球碳化硅(SiC)電力電子市場規(guī)模在2.1億~2.4億美元之間。預(yù)計2016-2021年全球SiC電力電子市場復(fù)合增長率將達(dá)到19%。據(jù)預(yù)測,到2019年,全球SiC襯底產(chǎn)量將超過200萬片,市場規(guī)模將達(dá)到20億美元,外延材料市場規(guī)模約10億美元。
有業(yè)內(nèi)機構(gòu)曾經(jīng)預(yù)測,全球SiC半導(dǎo)體市場最早將于2018-2019年完全打開,然后在一定時期內(nèi)將呈爆發(fā)增長趨勢。然而,隨著國際半導(dǎo)體企業(yè)紛紛實現(xiàn)了6英寸SiC襯底及外延材料的規(guī)?;a(chǎn),全球半導(dǎo)體市場之門已被提前叩開。自2016年下半年起,美國科銳(Cree)公司(簡稱“Cree”)、德國英飛凌(Infineon)科技公司(簡稱“Infineon”)、日本羅姆(Rohm)株式會社(簡稱“Rohm”)等半導(dǎo)體企業(yè)紛紛推出更先進的SiC基半導(dǎo)體器件和模塊,無疑加速了第3代半導(dǎo)體應(yīng)用的腳步。
據(jù)了解,2016年,我國整個半導(dǎo)體行業(yè)進口額達(dá)4000億美元。長期以來,國內(nèi)半導(dǎo)體市場被國外企業(yè)壟斷,一直都是我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人心底的痛。以硅、鍺和砷化鎵為代表的前2代半導(dǎo)體,我國都輸在了起跑線上,因此第3代半導(dǎo)體的國產(chǎn)化問題已經(jīng)迫在眉睫。
目前,北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司(以下簡稱“天科合達(dá)”)已經(jīng)實現(xiàn)了6英寸SiC襯底材料小批量供貨,接近國際主流產(chǎn)品水平,而這家成立不過十余載的高技術(shù)企業(yè)在中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)披荊斬棘中一路走來,正在用“專注于材料”的精神在中國半導(dǎo)體領(lǐng)域開創(chuàng)一片新的天地。
破產(chǎn)業(yè)之困
2006年9月,中國科學(xué)院物理研究所(以下簡稱“物理所”)與新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團等投資方合作成立了高新技術(shù)企業(yè)——北京天科合達(dá)藍(lán)光半導(dǎo)體有限公司,公司長期從事第3代半導(dǎo)體SiC晶片的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。2016年4月11日,北京天科合達(dá)藍(lán)光半導(dǎo)體有限公司更名為“北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司”。天科合達(dá)的成立距離美國Cree公司首次推出SiC晶片(1991年)已經(jīng)過了15年,而我國對SiC晶體材料的研究從20世紀(jì)90年代末才開始。
天科合達(dá)SiC襯底材料的技術(shù)源于物理所,在天科合達(dá)成立之前,物理所的SiC晶體材料技術(shù)一直沒有實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化。經(jīng)過十多年的技術(shù)積累,天科合達(dá)先后研發(fā)成功具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SiC單晶生長設(shè)備,制定了國內(nèi)SiC半導(dǎo)體領(lǐng)域唯一一項國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)——《SiC單晶拋光片》(GB/ T 30656-2014),發(fā)明專利數(shù)量在國內(nèi)SiC單晶材料領(lǐng)域位居第1。2014年11月,天科合達(dá)研發(fā)成功國內(nèi)第1個6英寸SiC晶體產(chǎn)品。目前,天科合達(dá)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的SiC晶體生長設(shè)備和SiC晶體生長、晶體加工、檢測技術(shù),建立了完整的SiC晶片生產(chǎn)線。其產(chǎn)品涵蓋2英寸、3英寸、4英寸、6英寸的導(dǎo)電型和半絕緣型SiC晶體和晶片,應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋半導(dǎo)體照明、新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)、移動通訊等。
在行業(yè)之外的人來看,天科合達(dá)一路走來似乎順風(fēng)順?biāo)锰炜坪线_(dá)總裁楊建的話說,“這是一個又痛苦又煎熬的過程”。他說:“第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的進入門檻極高,不是隨便買一些設(shè)備就能做起來。天科合達(dá)從早期的研發(fā)到現(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)化,所有的技術(shù)路徑和面對的難題沒有經(jīng)驗可以借鑒,國外企業(yè)更不會告訴我們怎么做,都靠企業(yè)自己不斷去摸索?!痹谶@種情況下,物理所和天科合達(dá)的科研團隊共同投入到產(chǎn)學(xué)研的聯(lián)合開發(fā)中,在不斷地遇到問題和解決問題的過程中,產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的經(jīng)驗居然成了天科合達(dá)一個最大的優(yōu)勢。
“我們從生長設(shè)備開始做,擁有了自己的知識產(chǎn)權(quán)。這個過程聽起來容易,但做起來很難,投入非常大,時間很長。但是天科合達(dá)已經(jīng)熬過了這個過程?!睏罱ǜ袊@。
在不斷地遇到問題和解決問題的過程中,天科合達(dá)SiC晶體材料的產(chǎn)業(yè)化之路艱難前行,成功打破了國產(chǎn)半導(dǎo)體材料產(chǎn)化難的困局,在第3代半導(dǎo)體材料及器件的國產(chǎn)化道路上邁出了第1步。
潛心做材料
目前,天科合達(dá)已經(jīng)擁有300多個客戶,但一半以上是海外客戶。按理說,擁有數(shù)百家客戶的天科合達(dá)前景一片光明,但楊建的擔(dān)憂也隨著海外客戶的增多而越發(fā)加重。
楊建介紹,天科合達(dá)以前之所以發(fā)展海外客戶尤其是歐美和日本的客戶,是因為他們的應(yīng)用基礎(chǔ)比國內(nèi)要好,對材料的要求極高,有助于天科合達(dá)高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求產(chǎn)品。但這里面卻也存在著一個致命的問題:國外的應(yīng)用企業(yè)不會支持中國的半導(dǎo)體企業(yè)發(fā)展壯大,也不會依賴中國企業(yè),因此他們只是小批量采購,他們從不會將中國的材料企業(yè)列為首選的采購對象。目前,下游大規(guī)模應(yīng)用尚未打開,國內(nèi)外廠商都處于產(chǎn)品訂單開發(fā)狀態(tài)。外方客戶一旦放棄合作,那么對天科合達(dá)的打擊將是致命性的。
隨著國內(nèi)的應(yīng)用需求逐漸增多,天科合達(dá)的市場重心已轉(zhuǎn)向國內(nèi),面對國內(nèi)數(shù)億元的半導(dǎo)體市場,天科合達(dá)絕沒有理由放棄。然而,另一個問題又出現(xiàn)了:國內(nèi)的應(yīng)用市場還沒有開啟,沒有實現(xiàn)SiC半導(dǎo)體器件大規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè),即使有,也主要是購買國外SiC襯底。楊建指出了目前國內(nèi)材料企業(yè)與應(yīng)用企業(yè)對接不暢的問題:“目前全球SiC襯底的生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于器件的需求量,國外企業(yè)肯定先得滿足自己的需求(許多國外半導(dǎo)體企業(yè)是全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)),才能考慮別人。國內(nèi)的器件企業(yè)都買國外的襯底,做出來的器件性能暫時是要比國內(nèi)的襯底好一些,但是如果人家不賣給你怎么辦?你的脖子就被人家卡住了”。
急于打開國內(nèi)市場,并不是天科合達(dá)完全想多賣產(chǎn)品,而是想通過國內(nèi)用戶的反饋,快速提升材料的性能和質(zhì)量。國外用戶不會把材料的缺陷告訴你。“沒有用戶反饋,我們永遠(yuǎn)也不會知道材料的問題究竟出在哪里,也就無法改進,自然也得不到提升的機會。反而國內(nèi)器件企業(yè)把材料的信息都反饋到國外襯底企業(yè)那里,國外企業(yè)在不斷的改進過程中加速發(fā)展。如果國內(nèi)襯底企業(yè)因為反饋信息少而發(fā)展緩慢,那我們與國外的差距將會越來越大。”
為了能不斷提升SiC晶體材料的品質(zhì),天科合達(dá)主動牽頭成立了“中關(guān)村天合寬禁帶半導(dǎo)體創(chuàng)新聯(lián)盟”。“我們的聯(lián)盟是公益性的,目的就是要大家一起來把產(chǎn)業(yè)做大,突圍出去。建立快速的反饋機制,我們根據(jù)這些反饋及時改進和提升產(chǎn)品的質(zhì)量,應(yīng)該會走出一條特色的產(chǎn)業(yè)路徑?!?/p>
據(jù)了解,中國中車、國家電網(wǎng)、中電集團等,都在對下游生產(chǎn)線進行布局,楊建很希望國內(nèi)用戶的需求量早日提升,這樣天科合達(dá)的SiC材料才能出現(xiàn)質(zhì)的飛躍。在楊建眼中,天科合達(dá)既然選擇了半導(dǎo)體材料,就會始終做下去,始終為提升材料的品質(zhì)不斷尋求方法,天科合達(dá)能成為國內(nèi)第一家實現(xiàn)SiC襯底材料產(chǎn)業(yè)化的企業(yè),就是因為10年的“冷板凳”讓他們能沉得下心去做一件事情,這“冷板凳”還會一直坐下去。
未來猶可期
創(chuàng)業(yè)之路艱難,楊建作為天科合達(dá)的創(chuàng)始人之一,經(jīng)歷了企業(yè)的艱辛,但始終心懷希望。因為,第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的第一縷曙光已經(jīng)照進了每一個產(chǎn)業(yè)人的心里。
2017年4月10日,天科合達(dá)在“新三板”掛牌,也成為SiC晶體材料領(lǐng)域唯一一家在國內(nèi)資本市場掛牌的企業(yè)。資本市場給天科合達(dá)帶來了新的發(fā)展機遇。面對這個機遇,楊建說,得從企業(yè)自身需求和產(chǎn)業(yè)需求的角度來理解這個機遇期的特點。
企業(yè)層面,首先中國的半導(dǎo)體材料和器件企業(yè)的規(guī)模都不大,長期以來都沒有像Cree、Infineon、Rohm等那樣有長期技術(shù)沉淀的企業(yè)出現(xiàn),一是起步晚,二是產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的企業(yè)相互間的合作太少,競爭大于合作。而Cree等都已經(jīng)構(gòu)建了全產(chǎn)業(yè)鏈的格局,即使不與別人合作,自己也能解決材料、器件、模塊以及裝備的銜接問題。其次,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是一個燒錢的產(chǎn)業(yè),需要長期投入大量的資金,目前國內(nèi)的金融資本都在追逐見效快的項目,半導(dǎo)體企業(yè)對資金的大量需求難以得到滿足。第三,中國缺少“把一件事情做到極致”思維的企業(yè),企業(yè)的逐利性越來越強就會失去專注一事的精神,這一點在我國的材料和工業(yè)制造領(lǐng)域尤為明顯。如果國內(nèi)的半導(dǎo)體企業(yè)都朝著這個目標(biāo)努力,那么中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不僅可以超越國外,更有希望出現(xiàn)比Cree等更強的企業(yè)。
產(chǎn)業(yè)層面,第3代半導(dǎo)體市場的窗口期已經(jīng)到來,首先表現(xiàn)為SiC基半導(dǎo)體器件和模塊的不斷涌現(xiàn),對上游材料的牽引作用會越加明顯,同時對下游裝備的推動作用也會顯現(xiàn)。受其影響,國內(nèi)的SiC襯底材料和器件的國產(chǎn)化進程將會加速。隨著SiC基半導(dǎo)體的性能逐漸得到市場的認(rèn)可,會加速世界半導(dǎo)體工業(yè)的格局的轉(zhuǎn)型,進而帶動材料和裝備的升級。
十余年來,天科合達(dá)只專注于SiC晶體材料制備技術(shù),并且培育了一只快速反應(yīng)的專業(yè)團隊,匯聚了一批優(yōu)秀的科技精英,掌握了全方位的核心技術(shù)。天科合達(dá)將引領(lǐng)SiC領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展,以強大的研發(fā)能力,專注將SiC半導(dǎo)體材料做到極致,時刻準(zhǔn)備著鏖戰(zhàn)于充滿無限商機的國際半導(dǎo)體市場。