經(jīng)濟(jì)觀察報(bào) 記者 種昂 5月4日閉幕的2024（第十八屆）北京國際汽車展覽會(huì)出現(xiàn)了行業(yè)的一個(gè)新景象。小米、小鵬等新能源車企在有限的產(chǎn)品發(fā)布時(shí)間中，專門增加了對一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)——碳化硅襯底的詳細(xì)介紹。在多個(gè)車企的展臺上，“碳化硅”車型也首次占據(jù)了“C位”。

正如一碗面是否好吃很大程度上取決于小麥種子的品質(zhì)，汽車行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)看重這個(gè)并無直接關(guān)聯(lián)的材料，是因?yàn)樵谒麄冄壑校惠v新能源汽車的性能還要比拼芯片最上游的碳化硅襯底材料的品質(zhì)。

目前，整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)鏈主要包括襯底材料（晶片）、外延、芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝測試、應(yīng)用等環(huán)節(jié)。一款智能轎車如同一臺超級電腦，上游材料直接決定了芯片質(zhì)量，進(jìn)而影響著整車的性能。

濟(jì)南就擁有碳化硅襯底行業(yè)唯一一家上市公司——山東天岳先進(jìn)科技股份有限公司（688234.SH，下稱“天岳先進(jìn)”）。它生產(chǎn)的碳化硅襯底正是當(dāng)下芯片的主流原材料，也是整個(gè)產(chǎn)業(yè)上游的核心部分。天岳先進(jìn)位于產(chǎn)業(yè)鏈的最上游，向下游的英飛凌和博世等芯片巨頭供應(yīng)材料，末端應(yīng)用已延伸到許多國內(nèi)新能源車企。

2017年中美貿(mào)易再起波瀾，芯片及相關(guān)半導(dǎo)體材料進(jìn)口量驟降。2018年12月，中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議提出，加強(qiáng)人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。這些領(lǐng)域有著共同的需求——芯片。這兩年，中國新能源汽車市場爆火，更加劇了國內(nèi)對于碳化硅的需求井噴。

半導(dǎo)體是芯片的主要材料，芯片則是利用半導(dǎo)體制成的復(fù)雜電子裝置。下游的需求很快傳導(dǎo)至產(chǎn)業(yè)上游，第三代半導(dǎo)體行業(yè)吸引了各路資本的涌入，僅材料的入局者就多達(dá)數(shù)十家，但能夠提供成熟產(chǎn)品的企業(yè)鳳毛麟角。

芯片產(chǎn)業(yè)的高度復(fù)雜性意味著單靠巨額資本投入是不夠的，研發(fā)過程中的試錯(cuò)需要在實(shí)踐中不斷驗(yàn)證，技術(shù)突破需要各方面人才的持續(xù)匯聚和協(xié)作，這一切都需要時(shí)間的積累和沉淀。

天岳先進(jìn)在2010年碳化硅半導(dǎo)體技術(shù)剛剛興起時(shí)，就開始涉足該領(lǐng)域。為了突破產(chǎn)能瓶頸、滿足市場急劇增長的需求，2022年天岳先進(jìn)在科創(chuàng)板成功上市，募集資金35.58億元，用于擴(kuò)大產(chǎn)能和技術(shù)研發(fā)。截至目前，天岳先進(jìn)新建的工廠已達(dá)到年產(chǎn)30萬片導(dǎo)電型碳化硅襯底的產(chǎn)能規(guī)模。

“投資芯片，九死一生”

“投資芯片，九死一生。”雷軍這句廣為流傳的話，不僅是在說芯片燒錢堪比“老虎機(jī)”，更是因?yàn)樾酒难邪l(fā)和制造難度遠(yuǎn)高于其他產(chǎn)業(yè)。

碳與硅是自然界中最豐富的兩種資源，但要制造出半導(dǎo)體所需的碳化硅晶片卻是一個(gè)世界性難題。2010年11月，宗艷民注冊成立了天岳先進(jìn)，立志要抓住全球第三代半導(dǎo)體（碳化硅）技術(shù)升級的重大機(jī)遇。

半導(dǎo)體是工業(yè)的命脈產(chǎn)業(yè)，也是芯片的核心原材料。中國在第一代（硅）、第二代（砷化鎵）半導(dǎo)體領(lǐng)域已錯(cuò)失先機(jī)。當(dāng)時(shí)，半導(dǎo)體技術(shù)正向第三代寬禁帶（包括碳化硅、氮化鎵等）升級。包括美國科銳公司、貳陸公司、日本羅姆公司等在內(nèi)的全球能產(chǎn)出的制造商屈指可數(shù)。

當(dāng)時(shí)的行業(yè)龍頭美國科銳已能生產(chǎn)4英寸碳化硅晶片，天岳先進(jìn)才剛剛開始招兵買馬，攻關(guān)2英寸產(chǎn)品。

碳化硅襯底材料的研發(fā)涉及晶體學(xué)、熱動(dòng)力學(xué)、半導(dǎo)體物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真模擬、機(jī)械、數(shù)學(xué)等多學(xué)科交叉知識的應(yīng)用，是典型的人才密集型行業(yè)。項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)，中國在第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)的基礎(chǔ)理論和學(xué)科建設(shè)方面都很薄弱。組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)時(shí)，宗艷民發(fā)現(xiàn)很難招募到專業(yè)對口的人才，團(tuán)隊(duì)成員部分是從半導(dǎo)體領(lǐng)域轉(zhuǎn)型而來，部分是科研院所的兼職人員。

由于技術(shù)封鎖和可參考信息極其有限，天岳先進(jìn)在設(shè)備設(shè)計(jì)、工藝開發(fā)、過程管理等多維度都是從零開始，許多生產(chǎn)、檢測設(shè)備都需要自行開發(fā)、定制。

按照工藝流程，碳化硅襯底材料（晶片）的主要工序包括原料合成、晶體生長、晶棒切割、研磨、拋光等環(huán)節(jié)。每個(gè)環(huán)節(jié)都充滿未知的困難和風(fēng)險(xiǎn)。

與科研院所在理想條件和極小規(guī)模下展開、更側(cè)重理論性分析的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)相比，產(chǎn)業(yè)化要求在創(chuàng)新的同時(shí)還要兼顧穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。企業(yè)需要在聚集人才、設(shè)備、廠房、資金等要素的情況下，進(jìn)行小試、中試，并在量產(chǎn)后兼顧良品率和低成本，還要應(yīng)對品質(zhì)、供貨能力、交付能力等一系列問題。生產(chǎn)過程中的任何失誤都可能導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和商譽(yù)損害。

“原料合成是控制原子的過程。”天岳先進(jìn)董事長宗艷民說，碳的熔點(diǎn)約為3000℃，硅的熔點(diǎn)約為1400℃，一個(gè)“遲鈍”，一個(gè)“活躍”。二者結(jié)合有200多種晶型，其中僅有一個(gè)最適合用作半導(dǎo)體材料。在高溫融化后，億萬級別的原子只有按設(shè)定、“手拉手”等比例排列，才能生成碳化硅。任何排列的偏差或角度的錯(cuò)位都無法滿足客戶的品質(zhì)要求。

整個(gè)過程在密閉的坩堝內(nèi)完成，溫度需穩(wěn)定在2000℃以上，溫控本身就是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。由于高溫條件下難以直接測量和調(diào)控，天岳先進(jìn)只能通過不斷調(diào)節(jié)坩堝結(jié)構(gòu)和保溫材料的配置來優(yōu)化溫差，經(jīng)過成千上萬次的調(diào)試才實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

在一定時(shí)間內(nèi)，碳化硅可“生長”為一個(gè)晶體。由于碳化硅晶片約占半導(dǎo)體器件成本的50%，上游材料直接決定了下游器件和芯片的質(zhì)量。任何生長條件的波動(dòng)都可能導(dǎo)致晶型雜亂、錯(cuò)位以及各種結(jié)晶缺陷等質(zhì)量問題。

當(dāng)時(shí)，天岳先進(jìn)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)幾乎全年無休地在企業(yè)內(nèi)“封閉”研發(fā)，天天吃住在車間，每隔幾個(gè)小時(shí)就到車間檢測數(shù)據(jù)，尋找不同溫度、壓強(qiáng)、氣氛等條件與晶體生長質(zhì)量的關(guān)聯(lián)，反復(fù)試錯(cuò)。

每臺長晶爐的溫度高達(dá)2300℃以上，一旦運(yùn)行就不能中途熄滅，每天的運(yùn)行成本就是一筆不小的開支。此外，碳化硅晶體的硬度僅次于金剛石，莫氏硬度高達(dá)9.2（鋼的硬度在4到5之間），既硬又脆，是所有半導(dǎo)體材料中最難切割的。如果長晶過程中溫度控制不均勻，切割時(shí)極易開裂。有時(shí)，長時(shí)間生長而成的晶體柱可能因一次切割失誤而全部報(bào)廢，給企業(yè)帶來巨大損失。

晶片拋光需要使表面達(dá)到納米級平整度，并在超凈環(huán)境中進(jìn)行，以防止空氣中的微粒劃傷晶片表面。天岳先進(jìn)建立了超凈室，并制定了一整套嚴(yán)格的作業(yè)制度，以確保降低缺陷。

碳化硅工藝條件極度苛刻，高溫下多因素相互作用導(dǎo)致材料缺陷眾多。實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、低缺陷、高品質(zhì)、低成本生產(chǎn)是一個(gè)世界性難題。宗艷民說：“我們對缺陷的表征方法和控制手段進(jìn)行了反復(fù)研究，攻克了一個(gè)個(gè)技術(shù)難關(guān)，已經(jīng)可以規(guī)?；峁┑腿毕莞咂焚|(zhì)襯底，大幅提高了生長效率和良品率，對下游品質(zhì)的提升和成本控制都有很好的幫助。”

最終，天岳先進(jìn)在2012年突破了2英寸碳化硅技術(shù)，2015年開始量產(chǎn)4英寸碳化硅技術(shù)，2017年實(shí)現(xiàn)了6英寸碳化硅技術(shù)的突破，至今已經(jīng)開始8英寸導(dǎo)電型襯底的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

市場的爆發(fā)

芯片半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)遵循摩爾定律——半導(dǎo)體上的晶體管數(shù)量每18個(gè)月增加一倍，性能也提升一倍。這注定該產(chǎn)業(yè)中的企業(yè)需要持續(xù)投入、不停奔跑。

從2英寸、4英寸、6英寸到8英寸，不同尺寸的晶體制備難度相差甚遠(yuǎn)。以2英寸和6英寸為例，6英寸面積控制的原子數(shù)量是2英寸的9倍。這就像一個(gè)40×40方陣人數(shù)只比20×20的多了4倍，但要將其訓(xùn)練得同樣整齊劃一，難度卻遠(yuǎn)不止增加了4倍。

十多年間，天岳先進(jìn)一直保持高強(qiáng)度的研發(fā)投入。2020年以來，研發(fā)費(fèi)用率始終維持在10%以上，2022年達(dá)到30.6%。截至2023年6月末，天岳先進(jìn)累計(jì)獲得境內(nèi)發(fā)明專利授權(quán)152項(xiàng)，境外發(fā)明專利授權(quán)12項(xiàng)。2019年，天岳先進(jìn)獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，入選了工信部專精特新“小巨人”名單，并被評為國家單項(xiàng)冠軍企業(yè)。

半導(dǎo)體市場歷來是贏者通吃，頭部企業(yè)占據(jù)了行業(yè)的絕大多數(shù)份額。當(dāng)國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)不成熟、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定時(shí)，國內(nèi)為數(shù)不多的客戶也傾向于采購國外企業(yè)的產(chǎn)品。產(chǎn)量小、應(yīng)用場景少，反過來又會(huì)限制技術(shù)成熟度。

真正讓天岳先進(jìn)獲得市場推崇和創(chuàng)新回報(bào)的是在公司成立7年后。2018年國際貿(mào)易再起波瀾，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)產(chǎn)品均被列入禁運(yùn)目錄。彼時(shí)國內(nèi)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)突然遭遇外部斷供。

2018年12月，中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議提出，加強(qiáng)人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。它們有著共同的需求——芯片。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也隨之從少人問津變得炙手可熱。

碳化硅曾被美國《財(cái)富》雜志列為“改變未來世界的材料”，制成的半導(dǎo)體器件具有效率更高、輸出功率更大、系統(tǒng)尺寸更小等諸多優(yōu)勢。碳化硅半導(dǎo)體制作的照明燈具，耗能是白熾燈的十分之一，壽命卻超出十倍；可以讓通信基站覆蓋范圍增加數(shù)倍；可使電力電子器件體積縮小四分之三，能耗降低一半，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車輕量化等等。

半導(dǎo)體芯片的極度短缺也導(dǎo)致市場價(jià)格飆升，一顆汽車半導(dǎo)體芯片的價(jià)格一度暴漲近百倍仍不可得。一時(shí)間，各路資本蜂擁而至，各地項(xiàng)目紛紛上馬，僅芯片材料的入局者就多達(dá)數(shù)十家。但真正能拿出成熟產(chǎn)品的企業(yè)鳳毛麟角。

2019年8月，華為旗下哈勃科技投資股份有限公司入股天岳先進(jìn)，持股10%，成為其第二大股東。后來，天岳先進(jìn)IPO前的數(shù)輪融資，哈勃投資仍以7.0493%的持股，躋身第四大股東。

國內(nèi)市場的爆發(fā)，使天岳先進(jìn)開始收獲持續(xù)研發(fā)創(chuàng)新的回報(bào)。根據(jù)招股說明書，2018年度、2019年度及2020年度，天岳先進(jìn)的銷量分別為11397片、19492片、38866片；營業(yè)收入連年翻番，分別為1.36億元、2.69億元、4.25億元。與此同時(shí)，濟(jì)南市展開了新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的變革，政府給予天岳先進(jìn)在技術(shù)創(chuàng)新、招引人才等方面諸多補(bǔ)貼和獎(jiǎng)勵(lì)政策。

隨著銷量的增加、收入的提高、應(yīng)用場景的擴(kuò)展，企業(yè)可投入更多資金進(jìn)行研發(fā)，更快地催熟技術(shù)、催生市場規(guī)模。

宗艷民稱，碳化硅材料是否存在缺陷是影響良率和成本的關(guān)鍵因素，天岳先進(jìn)將繼續(xù)在缺陷管理方面加大基礎(chǔ)性技術(shù)研發(fā)。同時(shí)，隨著終端應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，襯底規(guī)?；a(chǎn)之后有望進(jìn)一步降低成本。

創(chuàng)新的回報(bào)

碳化硅晶片分為半絕緣與導(dǎo)電型兩個(gè)細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域。半絕緣型可制成微波器件，應(yīng)用于5G通訊、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領(lǐng)域；導(dǎo)電型則可制成電子電力器件，應(yīng)用于電動(dòng)汽車、充電樁、軌道交通及特高壓、大功率照明等領(lǐng)域。

據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)Yole發(fā)布的報(bào)告，2020年天岳先進(jìn)在半絕緣型碳化硅市場銷量已躍居全球第三，占據(jù)全球市場30%的份額。與美國貳陸公司（35%）、CREE公司（32%）形成了三分天下的格局。

用于電動(dòng)汽車、充電樁等領(lǐng)域的導(dǎo)電型產(chǎn)品市場前景更大。根據(jù)三菱集團(tuán)測算，第三代半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用有助于電動(dòng)汽車輕量化，可使體積減小44%、功率增加78%、續(xù)航里程增加14.7%。豐田、特斯拉等汽車廠商已開始使用碳化硅功率器件。

從數(shù)據(jù)上看，一輛傳統(tǒng)燃油車大致需要100個(gè)—200個(gè)芯片，電動(dòng)車的芯片數(shù)量要翻一倍，而一輛智能化水平較高的純電動(dòng)汽車需要800個(gè)—1000個(gè)芯片。比亞迪集團(tuán)董事長王傳福曾在2021廣州車展開幕式上說，由于芯片短缺，全球約有700萬輛電動(dòng)車未能生產(chǎn)。未來智能車對芯片的需求更大。

根據(jù)商業(yè)咨詢服務(wù)商IHS Markit數(shù)據(jù)，受新能源汽車龐大需求的驅(qū)動(dòng)，預(yù)計(jì)到2027年碳化硅材料制成的半導(dǎo)體器件的市場規(guī)模將超過100億美元，2020年—2027年復(fù)合增速近50%。

此前，天岳先進(jìn)已經(jīng)開始向包括電動(dòng)汽車在內(nèi)的導(dǎo)電型市場轉(zhuǎn)型。面對激增的市場需求，2022年1月天岳先進(jìn)在科創(chuàng)板首發(fā)上市，募集資金35.58億元，投建了一個(gè)30萬片導(dǎo)電型襯底產(chǎn)能的新工廠，這將成為該公司導(dǎo)電型產(chǎn)品的主要生產(chǎn)基地。新工廠于2023年5月投產(chǎn)，產(chǎn)能和產(chǎn)量持續(xù)爬坡，目前已達(dá)30萬片導(dǎo)電型襯底的產(chǎn)能規(guī)劃。

十多年間，天岳先進(jìn)從零開始，一路追趕。盡管與行業(yè)龍頭仍有差距，但天岳先進(jìn)在全球市場已占有一席之地，成為包括英飛凌、博世等海外頭部企業(yè)的主要供貨商，全球前十大功率半導(dǎo)體企業(yè)超過一半都是其客戶。其導(dǎo)電型襯底產(chǎn)品在國際市場占有率位居全球第二，半絕緣襯底產(chǎn)品占有率連續(xù)4年位居全球前三。

盡管當(dāng)下這一領(lǐng)域入局者眾多，但能夠提供成熟產(chǎn)品的企業(yè)寥寥無幾。天岳先進(jìn)多年的布局此時(shí)正進(jìn)入收獲期。在2023年年報(bào)中，天岳先進(jìn)營業(yè)收入達(dá) 12.51億元，較去年同比增長199.9%，連續(xù)七個(gè)季度保持了營業(yè)收入的增長。

目前全球第三代半導(dǎo)體業(yè)整體處于起步階段，并且在加速發(fā)展。“從我們掌握的信息來看，包括博世、英飛凌等企業(yè)的擴(kuò)產(chǎn)速度和布局力度都非常大，未來整個(gè)產(chǎn)業(yè)都將進(jìn)入高速成長期。我們還是要加大技術(shù)研發(fā)，迎接藍(lán)海市場到來。”宗艷民說。

這是一場“越野馬拉松”，競爭者需要一步不停地奔跑。它并非只有一個(gè)賽道，企業(yè)既要追趕前方的外資龍頭，也要隨時(shí)警惕越來越多新加入者從捷徑超越。“民營企業(yè)只有創(chuàng)新才有出路。中國不僅需要華為這樣的大企業(yè)，每個(gè)細(xì)分領(lǐng)域都需要一批善于創(chuàng)新的專精特新企業(yè)去推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”回顧十余年的創(chuàng)新歷程，宗艷民認(rèn)為，過去的民營企業(yè)的創(chuàng)新普遍缺乏自信心，多數(shù)是在效仿別人、掙快錢。但天岳先進(jìn)選擇從零開始，堅(jiān)持自主研發(fā)，時(shí)刻保持開放的視野和心態(tài)，與國際接軌，最終突破了第三代半導(dǎo)體材料的核心技術(shù)。

2024年，中國正展開一場聲勢浩大的發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的變革，科技創(chuàng)新是其中的主導(dǎo)力量。

說起創(chuàng)新，宗艷民一再強(qiáng)調(diào)：“中國的民營企業(yè)要樹立創(chuàng)新的自信，只要敢于創(chuàng)新、善于創(chuàng)新，重視人才與技術(shù)，就一定能取得相應(yīng)的成果，獲得創(chuàng)新的回報(bào)。”