行业焦点 | 突破“卡脖子”困境，青禾晶元异质集成技术引领行业变革

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第三代半导体材料引发全球瞩目，碳化硅成为半导体技术研究前沿和产业竞争焦点，美、日、欧等国都在积极进行战略部署。当前，国际上第三代半导体材料、器件已实现了从研发到规模性量产的成功跨越，并进入产业化快速发展阶段，在新能源汽车、高速轨道交通、5G通信、光伏并网、消费类电子等多个重点领域实现了应用突破。

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碳化硅的“千亿风口”

全球碳化硅市场高速成长

碳化硅是第三代半导体产业发展的重要基础材料。碳化硅在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有明显优势。因其优越的物理性能：高禁带宽度(对应高击穿电场和高功率密度)、高电导率、高热导率，在新能源汽车领域将会是主要的驱动力，而以碳化硅(SiC)为代表的第三代化合物半导体具有耐高压、低损耗、高频三大优势，能显著提升模组效率并减少体积。全球碳化硅市场正处于高速成长阶段。

在半导体领域，全球半导体市场早已超过千亿规模(人民币)。2015 年至2019 年，全球半导体制造材料销售规模由 240亿美元增长到 293亿美元年均复合增长率 511%，预计到 2025 年，全球半导体制造材料销售规模将达到 395 亿美元。而其中碳化硅半导体市场预计在 2025 年将达到25亿美元(约合人民币 164.38 亿元)的市场规模。其中新能源汽车行业将是碳化硅市场最大的驱动力，到 2025 年，新能源汽车与充电桩领域的碳化硅市场将达到 17.78 亿美元 (约合人民币 116.81亿元)约占碳化硅半导体市场规模的七成。

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政策利好驱动

碳化硅产业发展提速

碳化硅是第三代半导体产业发展的重要基础材料，碳化硅功率器件以其优异的耐高压、耐高温、低损耗等性能，能够有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求。是我国重点鼓励发展的产业，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性和基础性产业。
碳化硅得到国家的高度重视，第三代半导体是国家2030规划和“十四五”国家研发计划确定的重要发展方向，是我国半导体产业弯道超车的机会。近几年相继出台了许多政策。国家层面先后印发《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019版)》、《“战略性先进电子材料”重点专项2020年度项目》等鼓励性、支持性政策。

随着政策不断扶持和资金助力，碳化硅有望在高技术含量和高附加值环节实现更多技术突破，加速国产化替代进程，产业链整体具备广阔的成长空间。

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碳化硅产业链

广阔成长空间

碳化硅完整的产业链可以分为生产设备、设计与制造和应用场景等环节。碳化硅产业上游通过原材料制成衬底材料然后制成外延材料；中游包括碳化硅器件、碳化硅功率半导体、碳化硅功率模块；下游应用于5G通信、新能源汽车、光伏、半导体、轨道交通、钢铁行业、建材行业等。
碳化硅行业三个重点环节（衬底、外延和器件）中，衬底在产业链中价值量占比最高，接近50%。衬底的制造是碳化硅产业链的核心，是技术壁垒最高、价值量最大环节。衬底行业的发展也是未来碳化硅大规模产业化推进的核心，是产业降本、大规模产业化的主要驱动力。

主要用于5G通信、车载通信、国防应用、数据传输、航空航天。导电型碳化硅器件主要用于电动汽车、光伏发电、轨道交通、数据中心、充电等基础建设。

国内企业积极入局全产业链，大力投资扩产。碳化硅产业链过去受wolf speed、ST意法、英飞凌等海外厂商高度垄断，但随着第三代半导体行业景气度逐渐升高，国内企业积极入局产业链各阶段并已在全球第三代半导体市场占据一定市场份额。

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异质集成技术

摆脱芯片“卡脖子”难题

半导体异质集成技术就是将不同工艺节点的高性能器件或芯片与硅基低成本高集成器件芯片，通过异质键合成或外延生长等方式集成。这种半导体异质集成技术类似于杂交水稻，可以将不同功能的材料组合在一起，取长补短、优势互补，异质材料界面产生更优异的电、光、声、热物理特性，可以实现更高功率、更高频率、更高速率的光子与电子器件。
半导体异质集成技术也可提高碳化硅良率。青禾晶元则是国内唯少数几家使用该技术来大幅提高碳化硅良率的公司，极具市场稀缺性。
异质集成技术能够实现强大的复杂功能，具备优异的综合性能；同时，该技术具有灵活性大、可靠性高、研发周期短、成本低等特点；更重要的是异质集成技术可以不受EUV光刻机的限制，是我国摆脱芯片“卡脖子”困境的关键技术。

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青禾晶元异质集成技术

 国际领先的半导体材料企业

北京青禾晶元作为国际领先的半导体材料企业，是国内唯一一家掌握全套半导体衬底室温复合技术的半导体公司，使用先进异质集成技术来提高碳化硅良率、降低成本。可有效解决良率低、成本高、产能低等痛点问题。目前，公司拥有3家子公司，近5000平米的研发生产制造中心，产品获得产业资本和社会资本广泛认可，开展了与多家下游龙头企业的全方位合作。

青禾晶元的主要技术特点在于Emerald-碳化硅产品，该产品可有效兼顾衬底质量、性能和成本，有望提高碳化硅晶圆产能，降低碳化硅器件成本，实现碳化硅器件在新能源汽车、新基建等领域规模量产。青禾晶元的碳化硅衬底技术有点类似Soitec和日本住友金属的子公司碳化硅oxs，是将碳化硅单晶衬底键合在碳化硅多晶衬底或者硅衬底上，这样既可以减少碳化硅单晶衬底的使用量，又可以获得与单晶衬底相同的器件特性，以达到降低成本的目标。 

近日，北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会公示了2022年北京市科技新星计划拟入选名单，北京青禾晶元集团董事长母凤文博士凭借多年来在半导体行业的创新与研发，成功入选2022年北京市科技新星计划——创业新星。 青禾晶元集团董事长母凤文，博士，曾任中科院研究员、东京大学助理教授、日本早稻田大学讲师，从事低温异质键合集成及器件制造封装的研究十余年，精通半导体先进复合基板制造、先进封装工艺整套流程及异质集成装备。发表30余篇SCI收录论文，曾主持国家自然科学基金、日本学术振兴会科研项目和精密测量技术推广基金会项目，并参与日本总务省的5G基础技术研究项目，以及多项校企合作研究项目，有着丰富的产研合作经验。 曾获得日本东京大学工学院院长奖、日本第29次电子封装学会讲演大会研究奖励奖、4th IEEE LTB-3D国际研讨会最佳发表奖、2019年度国家教育部科技奖二等奖和中科院海外高层次人才。 此次，集团董事长母凤文博士成功入选北京市科技新星计划，是对公司综合实力、科研成果、人才培育的进一步肯定。未来，青禾晶元将继续秉承着融合创新、突破边界的企业精神，依托现有的技术优势和人才储备、加大科研投入，加强技术攻关，坚持技术创新，抢抓新机遇，继续在半导体设备和材料领域探索深耕，从而为中国半导体事业的发展添砖加瓦。

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