Der bemerkenswerte Aufstieg des globalen Siliziumkarbid-Marktes (SiC) hat zweifellos Aufmerksamkeit erregt. Bereits 2017 begann der Übergang von Silizium zu SiC in Leistungshalbleiteranwendungen mit dem Einbau von SiC in Teslas Model 3. Im Jahr 2019 wählte der Chiphersteller Wolfspeed die Nanocenter-Anlage in der Nähe von Utica, New York, um die weltweit erste 200-mm-SiC-Fabrik zu bauen in den Vereinigten Staaten. Die Fabrik wurde im April 2022 fertiggestellt.

Seitdem hat sich der SiC-Goldrausch in den USA zu einem globalen Investitionsrausch entwickelt, der vor allem durch die steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen angetrieben wird. Während Siliziumkarbid eindeutig eine Schlüsseltechnologie für die Zukunft der Halbleiter ist, besteht beim Eintritt in den Mainstream-Leistungselektronikmarkt die Gefahr, dass es schnell zur Massenware wird?

In diesem Artikel skizzieren Stephen Rothrock, Gründer und CEO von ATREG, Jean-Christophe Eloy, Präsident und Gründer der Yole Group, und Poshun Chiu, Senior Technology and Market Analyst bei Yole Intelligence, den globalen SiC-Markt und ihre Prognosen für die Zukunft dieser revolutionären Technologie.

Rekordverdächtiges Marktwachstum

Laut der neuesten Ausgabe des von Yole Intelligence veröffentlichten Power-SiC-Berichts wird prognostiziert, dass der weltweite Markt für Power-SiC-Geräte bis 9 auf fast 2028 Milliarden US-Dollar anwachsen wird, was einem Anstieg von 31 % im Vergleich zu 2022 entspricht. Automobilanwendungen dominieren den SiC-Markt. 70 % des Marktanteils ausmachen. Bis 2022 soll der Markt für Leistungs-SiCs weiter in verschiedene Industrieanwendungen expandieren, darunter Transport, Energie und Telekommunikation.

Stephen Rothrock erklärte, dass ATREG in den 25 Jahren, in denen ATREG den globalen Markt für Halbleiterfertigungsanlagen verfolgt, noch nie eine neue Technologie gesehen habe, die sich so schnell entwickelt wie SiC. Trotz des aktuellen Abschwungs in der Branche ist ein starkes Wachstum bei SiC zu beobachten. Mit Hilfe von SiC-Leistungsbauelementen sehen große IDM-Hersteller weltweit Wachstumschancen.

Laut Yole Intelligence hat STMicroelectronics in den letzten Jahren eine führende Position beim Umsatz mit SiC-Geräten behauptet. Das Unternehmen erzielte im Jahr 700 einen Umsatz von rund 2022 Millionen US-Dollar und soll im Jahr 1.2 einen Umsatz von 2023 Milliarden US-Dollar erreichen. Das Unternehmen folgte dem globalen Marktführer für Leistungselektronik, Infineon Technologies, und verzeichnete in den letzten zwei Jahren ein deutliches Umsatzwachstum.

„Wolfspeed, Onsemi, ROHM und Bosch gelten als Top-Player bei der Erzielung von Umsatzwachstum“, fügte Jean-Christophe Eloy hinzu. „Führende Unternehmen haben das IDM-Geschäftsmodell implementiert, um die Markteinführung dieses schnell wachsenden und profitablen SiC-Gerätegeschäfts zu beschleunigen.“

Die Untersuchungen von Yole Intelligence deuten auch darauf hin, dass 150-mm-SiC-Wafer derzeit die Hauptplattform für die Geräteherstellung sind und es noch keine Massenlieferungen von 8-Zoll-Wafern auf dem öffentlichen Markt gibt. Für den bestehenden oder geplanten Bau von 200-mm-SiC-Wafer-Fabriken verfolgen große IDMs je nach ihrer Position im Halbleiter-Ökosystem unterschiedliche Beschaffungsstrategien. Wolfspeed ist derzeit das einzige Unternehmen, das sich der Erweiterung seiner 200-mm-SiC-Produktionskapazität in seinem Werk Mohawk Valley in New York widmet. Andere Hersteller erweitern ihre interne 150-mm-Waferkapazität und entwickeln gleichzeitig 200-mm-Wafer.

„Für Unternehmen, die nicht beabsichtigen, auf 8-Zoll-Wafer umzusteigen, besteht der gängigste Ansatz darin, 150-mm-SiC-Wafer mehrfach zu beschaffen“, betonte Chiu. „Im Jahr 2021 erwarb Onsemi das SiC-Wafer-Unternehmen GT Advanced Technologies (GTAT), während ROHM 2009 SiCrystal übernahm. Wir gehen jedoch davon aus, dass diese Unternehmen auch eine große Anzahl von 150-mm-SiC-Wafern von externen Waferlieferanten beziehen.“ er fügte hinzu.

Im Jahr 2019 erwarb STMicroelectronics Norstel, ein SiC-Wafer-Unternehmen, um interne Waferkapazitäten zu entwickeln. Gleichzeitig arbeitete das Unternehmen mit Soitec zusammen, um technische Substrate zu entwickeln, und gründete zusammen mit Sanan Optoelectronics ein Joint Venture im Wert von 3.2 Milliarden US-Dollar zur Lieferung von 8-Zoll-SiC-Wafern. Infineon Technologies und Mitsubishi Electric konzentrierten sich auf die Geräteverarbeitung auf der 200-mm-SiC-Plattform und nutzten externe Lieferanten für 200-mm-Wafer.

Am 31. August gab Bosch den Abschluss der von ATREG ermöglichten Übernahme der 200-mm-Wafer-Fabrik von TSI Semiconductors in Roseville, Kalifornien, bekannt. Nach einer Umstrukturierungsphase ab 2026 wird die Anlage mit der Produktion der ersten Charge von SiC-Chips auf 200-mm-Wafern beginnen. Die Ansiedlung eines der größten Hersteller Europas in den USA (der bisher nur Front-End-Chips in Deutschland produzierte) ist ein bedeutender Sieg für die US-Halbleiterindustrie, da Bosch in den nächsten Jahren 1.5 Milliarden US-Dollar in das Werk Roseville investieren will.

Obwohl Onsemi relativ spät auf dem Markt für Leistungs-SiC-Geräte tätig ist, deutet die Leistung von Onsemi im ersten Quartal 2023 darauf hin, dass das Unternehmen bereit ist, im Jahr 1 einen ehrgeizigen Umsatz von 2023 Milliarde US-Dollar zu erzielen Der Umsatz des Unternehmens wird größtenteils durch die starke Beteiligung an der Auslieferung von Elektrofahrzeugen getrieben. Im Rahmen einer im Jahr 1 angekündigten Investition von 2021 Milliarde US-Dollar für das nächste Jahrzehnt im SiC-Bereich hat Coherent seine Expansionspläne für SiC-Substrat und Epitaxiefertigung in Schweden und den Vereinigten Staaten beschleunigt. Die Wafer-Produktionskapazität seiner Anlage in Easton, Pennsylvania, soll bis 1 eine Million Wafer erreichen, was 2027-mm-Substraten entspricht, wobei 150-mm-Wafer bereits in Massenproduktion sind.

In Europa arbeitet Wolfspeed mit ZF zusammen, um im deutschen Endorf ein modernes 200-mm-SiC-Werk zu errichten, mit einer Investition von 3 Milliarden US-Dollar, um den massiven Wandel der deutschen Automobilindustrie zu unterstützen. Continental hat mit STMicroelectronics einen mehrjährigen Liefervertrag für Siliziumkarbid-Geräte unterzeichnet, während STMicroelectronics von der Europäischen Kommission 292.5 Millionen Euro Fördermittel für den Bau einer Waferfabrik in Catania, Sizilien, erhalten hat.

In Asien kündigte Infineon kürzlich Pläne zum Bau des weltweit größten 200-mm-SiC-Kraftwerks in Kulim, Malaysia, mit einem potenziellen Umsatz von 7 Milliarden Euro bis zum Ende dieses Jahrzehnts an. Darüber hinaus ist Renesas Electronics eine Partnerschaft mit Wolfspeed eingegangen, um einen Wafer-Liefervertrag abzuschließen und eine Anzahlung in Höhe von 2 Milliarden US-Dollar zu leisten, um eine zehnjährige Zusage von Wolfspeed für SiC-Wafer und Epitaxiesubstrate zu sichern.

Fortsetzung folgt...