| “卷不死”的中国碳化硅——半导体深观察之五 zt |
| 送交者: 2026年06月26日20:25:47 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话 |
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“卷不死”的中国碳化硅——半导体深观察之五2026-06-26 22:09:28来源：观察者网阅读 38946
西边的两个“坏消息” 2023年春节刚过不久，特斯拉向外界宣布，下一代电驱平台将削减75%的碳化硅用量。短短一句话，造成了全球二级市场“碳化硅概念股”雪崩，哀嚎一片。此事是个伏笔，两年后，Wolfspeed在美国得克萨斯州南区破产法院递交了Chapter 11申请。 这家把名字从Cree换成Wolfspeed、把所有筹码都压在碳化硅上的公司，在自己亲手开创的赛道里，没能撑过一轮周期。三个月后它带着70%的减债从重整中走出，留给行业一个尴尬的事实：碳化硅是它的押注，也是它的拖累。 马斯克的口吻很轻松，仿佛只是供应链上一次普通的优化。可这件事被放进上游碳化硅长晶车间里读，就成了另一种叙事：那个最先把碳化硅装进民用车的整车厂，正在尝试少用它。 这看起来是两条悲观的注脚。但奇怪的是，同一时间，中国大陆的全行业并没有跟着悲观。从济南到泉州、从上海临港到芜湖，新的碳化硅项目还在开工，新的8英寸炉子还在交付，新的二级市场故事还在被编码。 在笔者在长三角碳化硅产业链调研期间，一位华东地区第三代半导体投资人在饭局上感叹，碳化硅是他这两年看到的最矛盾的赛道，头部厂商在哭，新进玩家在抢，全球需求在涨，单片价格在跌，所有人都说这是一片蓝海，没人否认大家正在血战。 这种矛盾，本身就是碳化硅这门生意最真实的样子。它不像存储那样有明确的周期边界，也不像逻辑芯片那样可以靠制程节点丈量先进性。它是一种被物理特性反复证明必须替代硅的材料，又是一门被工程现实反复证明非常难做的生意。 所有靠近过它的玩家，都得在这两件事的撕扯中存活下来。
物理学的判决书 要理解这种撕扯，得先承认一个事实：碳化硅替代硅，不是一句口号，而是一道算术题。 业内最常被引用的一个数字来自IGBT（绝缘栅双极晶体管）的发明人B. Jayant Baliga。 这位老先生在他的一次公开演讲中说过一句让产业界一度不太舒服的话，原话大意是，虽然我发明了IGBT，但我仍然认为碳化硅是未来。他基于自己提出的优值系数给出的判断是，碳化硅在同等耐压条件下，器件面积可以做到硅的十分之一，耐压越高这个差距越夸张。换句话说，硅的物理上限已经被工程师们摸到了，再往上的功率密度，必须换一种材料。 派恩杰创始人黄兴博士是Baliga的学生。他在最近一次行业分享里把这件事讲得更直白：特斯拉规划2030年年产2000万辆电动车，按现有技术，一片6英寸碳化硅衬底大约只能服务5到6辆车。光特斯拉一家，到2030年就需要约400万片6英寸晶圆。而2030年全球碳化硅晶圆的预计总产能，也恰好是400万片。 所谓特斯拉减量75%的故事，因此可以换一种读法：不是马斯克对碳化硅没有信心了，而是按现在的工艺，全球总产能根本不够一家车厂用。 如果想让一片晶圆服务20辆车，就必须从结构、工艺、面积、封装上同时下手。砍掉的不是碳化硅本身，是没有效率的那部分用法。 理解这一点，是理解整个碳化硅故事的入口。
三段路，三种逻辑 碳化硅在产业里有一个更学术的名字，宽禁带半导体。中国习惯叫它第三代半导体。它和氮化镓一起，定义了一类禁带宽度超过2.2eV的材料。禁带宽度越大，器件的耐压上限和工作温度就越高。硅的禁带宽度只有1.12eV，碳化硅是它的三倍。换算到工程指标上，是更小的器件面积、更高的开关频率、更轻更紧凑的功率模组。半导体行业最关心的是边际收益，碳化硅给到的，是同一片面积下完全不同量级的功率。 但物理优势归物理优势，工程上的麻烦比硅大得多。 碳化硅的产业链结构和硅类似，分上游材料、中游器件、下游模块和应用。这种类似只停留在示意图层面，真正进入车间，每一段都和硅不是同一种逻辑。 上游的核心是衬底和外延。衬底环节是这场战争里最难、也最贵的部分。 碳化硅在自然界几乎不存在，必须人工合成，而它的升华熔点接近2700摄氏度，且没有稳定的液态，这就排除了硅工业里熟悉的直拉法。主流路线只剩物理气相传输（PVT），辅以高温化学气相沉积和液相法（LPE）。PVT的原理被山东天岳先进知识产权及标准部总监杨世兴描述得很形象：粉料在炉底升华，气氛上升，再附着在炉顶的籽晶上一层一层长起来，相当于蒸馒头蒸了七到八天，最后得到一段两到三厘米厚的晶锭。一个月一台炉子能拉两段晶锭，理论得片大约六十片，扣掉切磨抛各种损耗，实际产出还要再打折。 这就意味着，碳化硅衬底的成本曲线和硅完全不在一个坐标系里。6英寸硅片大概150元，6英寸碳化硅衬底曾经卖到一千美元，跌价后也仍是硅片的二三十倍。衬底在整颗碳化硅器件成本中占比能达到45%。在很长一段时间里，碳化硅器件做不下来价格的根本原因，不是设计，不是工艺，是上游衬底。 中游是器件制造，主要是Fab厂的MOSFET和二极管，以及越来越受关注的模块封装。器件环节的麻烦在于，碳化硅的栅氧质量直接决定MOS管的寿命和可靠性，而碳化硅的栅氧界面状态比硅复杂太多。同时碳化硅硬度9.3，仅次于金刚石，刻蚀、CMP都要重新摸索。 下游则是车规、光伏、储能、数据中心、轨交、AR。其中车规级主驱占全球碳化硅需求约70%，新能源车主驱里又有九成以上是碳化硅，主驱是这块材料目前最大、也是要求最苛刻的应用场景。
2023年8月1日，九峰山实验室6寸碳化硅（SiC）中试线全面通线，首批沟槽型MOSFET器件晶圆下线 把这条产业链看完，会很容易明白为什么这门生意吃力。但它同时也意味着，每一个能被攻下来的细节，都是真金白银。
从最难处下场 中国进入这个市场的方式，和大部分硬科技领域一样：从衬底切入，从规模切入。 天岳先进2012年突破2英寸，2015年量产4英寸，2017年做出6英寸，2022年靠自主扩径做到8英寸。2025年9月，公司在投资者互动平台上披露，主要生产设备长晶炉已经实现国产化，热场设计、控制软件、组装调试都由自己完成。这件事不像一句技术八股那么简单。多年来，长晶炉是日本日新技研和德国PVA Tepla的天下，单台报价约300万元人民币。国内露笑、东尼、晶盛机电这几年把这个数压到150万左右，部分型号更便宜，意味着新建一条300台炉子的衬底线，仅长晶环节就能省下接近4亿元。 衬底端，按法国Yole最新的统计口径，截至2026年，天岳先进和天科合达已经跻身全球前三。其中天岳先进在8英寸衬底出货上位居领先，被多家国际厂商作为向8英寸过渡的合作伙伴；天科合达以6英寸等效口径计算，总出货量第一。在中国市场内部，2024年衬底端的国产化率已经突破30%，速度比器件端快得多。 8英寸是这场转移的下一个战场。从材料利用率看，6英寸到8英寸面积扩大约78%，可切割的有效芯片数提升接近90%，单片综合成本能再下35%。也正因为如此，国内8英寸赛道在2024到2025年迅速变得热闹。 露笑科技在合肥基地一期投产后，宣布全面掌握8英寸导电型衬底工艺参数耦合关系；三安光电的湖南三安和重庆三安项目分别承担8英寸衬底和器件的产能，已经分阶段通线；天岳先进首创用液相法做出无宏观缺陷的8英寸晶体；天科合达拿到了英飞凌的长期协议，向其供应8英寸材料用于200mm过渡；晶盛机电、烁科晶体、科友半导体也都在小批量阶段。一位走访了多家碳化硅产线的设备销售这样形容他这两年的工作：每个月都有新厂房落地，每个月都能听到新的8英寸通线消息，听得人麻木。
中国愿意把钱砸在碳化硅上，是有原因的。 新能源汽车、光伏、储能、特高压、轨道交通、数据中心、低空经济，这串清单几乎全是中国制造业最强的部分。 芯粤能半导体研发副总裁相奇在接受媒体采访时表示，碳化硅这门技术的门槛远比GPU、CPU低，更看重速度、规模和成本，而这三件事恰好是中国产业惯常的强项。新能源车里的主驱碳化硅、光伏逆变器从1000V到1500V再向2000V的母线电压切换、800V高压快充对器件功率密度的强制升级，每一个细分场景都给国内厂商提供了天然的需求落点。 至信微对2200V光伏碳化硅产品的早期量产，比英飞凌宣布做出全球最早2000V以上产品的时间还要早。一位上海某Tier 1电驱系统负责人在私下说，他们这几年最关心的不是要不要用碳化硅，而是哪一代国产碳化硅可以放心地放进主驱里。 更远处还有几个被反复提及的应用。Yole在SEMICON China 2026前后公布的预测是，未来五年碳化硅功率和氮化镓功率合计市场规模将超过140亿美元，AI数据中心是其中增速最快的拉力之一。数据中心约占全球用电量3%，碳化硅电源模块比传统硅器件的能效高约5%，如果全球三成的数据中心切换到碳化硅，每年能省下200亿元以上的电费。 AR眼镜则是一个更具想象力的潜在场景，一副AR眼镜需要两片4英寸碳化硅衬底，若AR设备的年销量达到与手机相当的量级，对应的衬底需求会是电动车主驱的十倍。光伏储能里的渗透率目前还不到10%，每提升1个百分点的渗透，对应的都是吉瓦量级的市场。
四道解不开的扣 但故事讲到这里，并不能直接得出乐观结论。 真正困扰国内碳化硅产业的，不在需求端，而在供给端的几个具体卡点。 卡点首先在设备上。一位上海某碳化硅Fab厂的工艺工程师讲过一个细节：一条规划30万片的产线，其他800台套设备已经全部到位，厂房也建好，全部在等一台几百万的高温离子注入机。这一台设备的交付周期一拖再拖，背后是约50亿的固定资产沉淀。设备问题不止离子注入机一件，CMP抛光、切片、清洗、外延炉，每一段都有进口依赖。中国的衬底端国产化跑在了前面，设备端国产化还在追赶。 在工艺器件端，最棘手的是栅氧。碳化硅MOS的栅氧工艺存在一个内在折中，沟道迁移率和可靠性是一对此消彼长的关系。派恩杰选择优先保可靠性，靠把元胞尺寸压缩到4.8微米来挽回沟道密度，这是一种典型的设计补救工艺的思路。它的量产产品出货已超过360万颗，目前没有一例失效记录。芯粤能则在平面工艺上滚出了G1到G3三代节奏，pitch从6.0缩到3.9再到3.0，原胞面积每代缩小约30%，2025年底G3的A样将面市，公司内部对这一代的预期是从跟跑切到领跑。沟槽工艺也已经做出第一代，对标国际头部商用水平。但即便如此，行业内仍然没有人敢说自己已经把栅氧问题彻底搞定。 第三个卡点在知识产权。天岳先进是国内第一家把碳化硅衬底材料本身写成产品专利的企业。在他们之前，国内同行的专利集中在工艺和设备。这家公司的知识产权及标准部总监曾在一次公开场合提到一个反复出现的现实困境：海外巨头早在多年前就完成了系统化的衬底材料和器件结构专利布局，国内企业一旦市场份额超过Yole口径里的5%，就会进入对方的诉讼视野。他建议构建一个国内衬底厂商的专利池做联合防御，但内部反馈是，单打独斗都是好手，凑到一起精诚合作不容易。 验证的问题，在“好评”栏目的“半导体行业深观察”系列中，已经反复提过多次了。一位资深业内人士给出了一个不太被外界重视的数字：芯粤能第一款主驱芯片从设计到通过AEC-Q101，再到正式上车，用了将近两年时间。他们的研发力量有80%以上花在可靠性优化上，寿命测试做到1500到2000小时，比行业标准的1000小时高出一到两倍。理由很简单，国产芯片首次上车，车厂的要求比进口芯片更高，因为你是从零开始的，必须先证明自己真的没问题。 这几个卡点叠加起来，给国内碳化硅产业留下了一个很拧巴的处境：上游能做出来了，中游有进展了，下游有需求了，但每一段都不到完全放心的程度。在这种处境里，做事的人选择硬卷。
养蛊，再养蛊 卷的方式是多种多样的。 最显眼的是衬底端的扩产抢位。2024年，中国6英寸碳化硅衬底设计产能超过1300万片，而全球实际需求只有150万片，国内实际销售约75万片，库存积压高达180万片。6英寸衬底价格从峰值的每片5000元一路跌到不足2000元，击穿了大部分玩家的成本线。一位华南衬底厂高管在私下苦笑，他说现在的6英寸不是在卖价格，是在卖现金流，能不能从客户手里拿回款比能不能赚毛利更紧要。 紧跟着的是利润崩塌。天域半导体2024年上半年6英寸碳化硅外延片毛利率从一年前的55.4%跌到5.7%，8英寸外延片毛利率从2023年下半年的46.6%跌到2024年上半年的8.3%。北京世纪金光半导体在2024年底进入破产清算。一位曾在世纪金光合作过的器件设计公司创始人评价，这家厂出事不冤，技术没拉开差距，扩产又激进，碰到价格战自然先扛不住。 更让人警惕的是8英寸赛道的二次重演。 8英寸衬底目前的售价大约是6英寸的三倍，约不到6000元一片，看起来是一片高地。但国内已规划的8英寸产能已经超过400万片，2024年全球实际需求只有约15万片。一位投资人毫不客气地指出，现在盲目涌入8英寸的，和三年前抢6英寸的，其实是同一批人。8英寸真正的拐点不是2025年，而是2027年，如果届时所有规划产能都按时落地，6英寸的剧本会原样再上演一遍。 至信微副总经理何京京对此有一个被业内反复转述的说法，他把中国市场比作养蛊，活到最后的一定是最强的。至信微自己用的就是反IDM路线，全公司人数是同业的四分之一到三分之一，研发费用是五分之一，但保持着行业最广的产品线和数一数二的良率，所有产品从发布至今全部一次流片成功。 在他的判断里，自建IDM并不必然产生最好的产品，反而因为只有自家一条工艺迭代，比不上有几十家设计公司围着跑的Fab。重资产、高杠杆、低营收，是这门生意里最危险的组合。 但卷不全是坏事。 派恩杰锁定了X-FAB从2023到2028六年的海外优质碳化硅产能。这家德国Fab厂在碳化硅领域品质相对稳定，价格也相对硬气。一位长期跟踪派恩杰的卖方分析师说，这种海外产能锁定背后藏着一个被业内默认但不常说的事实：直到今天，碳化硅器件代工的品质溢价仍然集中在海外成熟产线手里，国内Fab的工艺成熟度还有差距，但这种差距比一年前已经明显缩小。 更值得看的是商业模式上的卷。芯粤能与芯聚能、威睿之间形成了一种被他们称作SDCO的协作，全称是系统与器件协同优化。三方互为股东，物理距离近到能按小时交流，每周三方开会，从2023年初通线后开始一直延续到今天。这种协同的现实意义是，提高一颗碳化硅芯片的出流能力，不再单纯是芯片设计的事，也不单纯是模块封装的事，有些问题在芯片侧解决更高效，有些问题在封装侧解决更便宜，可以并行展开，不必等芯片做完再启动模块验证。这种深度协同把传统的供应链时序压缩了，几乎是直接对标国际整车厂的开发节奏。 还有一种正在出现的卷，是技术路线上的另辟蹊径。沟槽和平面之间的路线之争，在英飞凌、罗姆主推沟槽的当下，被派恩杰用平面栅加小元胞尺寸的方式硬刚了一把。逻辑是这样的：硅基功率器件因为有double diffusion，平面栅缩到大约10微米就遇到了JFET电阻的物理瓶颈，被迫转向沟槽；但碳化硅离子注入后没有扩散过程，只要光刻能定义，平面栅可以继续往下缩，从6微米、4.8微米再到更小。派恩杰量产的4.8微米元胞，已经让其RDS(on)×QGD表现与英飞凌相近、优于Wolfspeed、ST和ROHM。这个判断不算共识，但它至少说明，沟槽不是唯一答案。 碳化硅的中国故事到这里，看起来终于有了一点骨架。但骨架还没有合上。
没有奇迹，只有蒸馒头 值得收回情绪重新看的，仍然是Wolfspeed。这家公司是把碳化硅做成生意的鼻祖，1991年它的前身Cree做出了全球第一片商用碳化硅晶圆。它的破产重整不是产业终结，而是一次教训。问题不在于碳化硅这门生意本身，而在于它用了一种过度依赖外部融资、过度激进扩张8英寸产能、过度集中下注美国本土的方式来做这件事。 当电动车需求增速放缓、美国芯片法案补贴未及时到位、价格战又压在头上，几十亿美元的负债就成了压死骆驼的最后一根稻草。重整后，它减债46亿美元，把利息开支砍掉60%，回到一个相对健康的资产负债表。某种意义上，它在替整个全球碳化硅行业试了一次错。 中国这边，类似的出清正在路上。芯联集成在Yole最新口径里跻身全球前五，约占5%的份额，背后是与多家中国主机厂的深度合作、200mm前道制造的启动、后道模块产能的大规模投资。但这种好消息并不能抵消行业整体的盈利压力。 一位不愿具名的半导体耗材企业高管告诉笔者，他说碳化硅这两年的扩产规模，决定了未来三年大概率会出现至少两到三轮的产能出清，价格不见得继续大幅下跌，但企业层面的并购、关停、转型会显著加速。芯联集成自己的判断也类似，未来国内碳化硅市场会向集中化方向走，最终可能容纳两到三家国际友商和少数国内企业。 这就是这门生意现在的样子：物理上不可避免，工程上极其难做，商业上正在出清。 接下来三年值得关注的几个变量，已经能被看清。一个是8英寸衬底的良率能否从目前70%左右继续突破到80%以上；一个是液相法的成本能否压到PVT的1.5倍以内，从而真正改变长晶环节的经济性；一个是国产碳化硅器件能否在特斯拉、比亚迪、宁德时代这种头部客户的供应链里占到30%以上的份额；还有一个，是中国厂商能否在海外巨头围绕衬底材料展开知识产权诉讼之前，建立起一个可以一致对外的专利防御机制。
在SEMICON China2025展会上，天岳先进展示12英寸导电p型及12英寸n型碳化硅衬底 短期来看，价格还会卷下去，库存还会积压一段时间，新一波小厂还会出局。中期来看，6英寸将和8英寸长期共存，但增量产能会集中在8英寸，等到2027到2028年市场再判一次。长期来看，碳化硅最终会在车规主驱、光伏储能、AI数据中心、AR眼镜这几个场景里完成对硅功率器件的实质性替代，谁能熬过这段出清，谁就有机会站在替代曲线的最高点。 一位行业老人把这件事讲得更直接一些。他说，碳化硅这门生意没有奇迹，所有奇迹都是从蒸馒头开始的。你得在2300度的炉子里等七天，等出一段两厘米厚的晶锭，再切、再磨、再抛、再做外延、再流片、再封装、再装车、再跑十万公里。没有哪一步可以跳过去。 中国碳化硅的内卷，本质上是同一群人正在替全球产业把上面这十几个步骤一遍遍跑通。Wolfspeed跌过的坑，他们大概率还会跌一遍。但跌完之后，全球碳化硅的版图，会落到那批活下来的人手里。 这或许才是这一轮内卷最朴素也最残忍的逻辑。
光明在中国这边 更长的尺度上看，碳化硅这门生意的赢家，已经差不多被物理学和需求结构提前判定了。 物理学那部分是公平的。硅的功率密度已经摸到天花板，碳化硅必须接班。全球同坐一张课桌上做题，没有谁能跳过这道证明。Baliga给出的优值系数、特斯拉400万片的算术题，是写给所有玩家的同一份卷面。 需求结构那部分，则是有偏的。新能源车主驱、光伏逆变器、特高压、储能、800V快充、AI数据中心、AR眼镜，把这张清单一行行写下来，每一项都是中国制造业当前最厚的底盘。世界上很难再找出第二个国家，能同时拥有这张清单上的全部主场。物理学不偏袒任何一方，但场景偏袒中国。 工程那部分本来是最不确定的。但过去三年，国内厂商把它推到了一个不算坏的位置：衬底端国产化率突破三成，长晶炉单台报价压掉一半，8英寸良率向80%靠拢，主驱AEC-Q101认证从无到有，至信微把2200V光伏产品做到了比英飞凌更早，派恩杰用4.8微米元胞把平面栅打到与国际一线齐平。这些都是流过片、上过车、卖到客户手里的真账。 这一切意味着，这一轮内卷不会以中国整体出局收场，只会以一批中国厂商出清、另一批中国厂商接管全球版图收场。Wolfspeed替全行业试出来的那些坑，国内还会再跌几次。但跌的成本远比海外低，跌完站起来的速度，也比海外快得多。这是中国硬科技这十年反复验证过的剧本。 蒸馒头的笨办法没有捷径。但当一千多家中国公司一起在2300度炉子前等七天，结局其实从一开始就已经写好。 |
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