Sự trỗi dậy và triển vọng của thị trường thiết bị điện Silicon Carbide (SiC)

Các thiết bị năng lượng cacbua silic (SiC) tận dụng vật liệu bán dẫn cao cấp được gọi là SiC, mang lại một số ưu điểm nổi bật so với vật liệu silicon thông thường.

Những lợi ích bắt nguồn từ hiệu suất kỹ thuật mang tính đột phá của nó, chẳng hạn như làm việc ở nhiệt độ và điện áp cao hơn, giảm mức tiêu thụ năng lượng trong quá trình chuyển đổi và nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống điện tử. Độ ổn định nhiệt tuyệt vời của SiC cũng cho phép nó hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt, khiến nó rất phù hợp cho các ứng dụng năng lượng cao.

Các thiết bị SiC rất đa dạng và bao gồm các Transitor lưỡng cực (BJT), Transitor hiệu ứng trường (FET) và điốt, tất cả đều được thiết kế để tối đa hóa các đặc tính độc đáo của vật liệu SiC.

Các thiết bị SiC ngày càng được ứng dụng trong các lĩnh vực như năng lượng tái tạo, điện tử công suất, ô tô và viễn thông, với nhu cầu ngày càng tăng về các giải pháp hiệu suất cao.Đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô, khi phương tiện được điện khí hóa nhiều hơn, nhu cầu về thiết bị SiC quản lý năng lượng điện ngày càng tăng. Ví dụ, xe được trang bị hệ thống động cơ điện đòi hỏi các giải pháp năng lượng tiên tiến để tối ưu hóa phạm vi lái xe và tăng hiệu suất của xe.

1. Trình điều khiển tăng trưởng thị trường SiC

Nhiều yếu tố khác nhau đang thúc đẩy sự phát triển của thị trường thiết bị điện cacbua silic. Thứ nhất, nhận thức về môi trường được nâng cao đang thúc đẩy các ngành công nghiệp tìm kiếm các giải pháp năng lượng hiệu quả hơn để giảm thiểu tác động đến môi trường, khiến các thiết bị SiC tiết kiệm năng lượng trở nên đặc biệt hấp dẫn.

Ngoài ra, việc mở rộng ngành năng lượng tái tạo đòi hỏi nhiều thiết bị điện hơn có thể xử lý và chuyển đổi hiệu quả một lượng lớn năng lượng, chẳng hạn như pin mặt trời và tua-bin gió, có thể hưởng lợi đáng kể từ hiệu suất được cải thiện của các thiết bị SiC.

Sự phổ biến ngày càng tăng của xe điện cũng thúc đẩy nhu cầu về các linh kiện điện tử công suất. Đến năm 2030, cả xe điện và thị trường SiC đều được dự đoán sẽ có mức tăng trưởng rộng khắp.Dữ liệu hiện tại cho thấy thị trường xe điện sẽ tăng vọt với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) cho đến năm 2030, với doanh số dự kiến ​​đạt 64 triệu chiếc, gấp 4 lần so với năm 2022..

Trong môi trường thị trường sôi động như vậy, việc đảm bảo cung cấp các bộ phận của hệ thống động cơ điện có thể theo kịp nhu cầu ngày càng tăng nhanh về xe điện là rất quan trọng. So với các sản phẩm làm từ silicon truyền thống, bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại SiC (MOSFET) được sử dụng trong hệ thống điện của xe điện (đặc biệt là bộ chuyển đổi), bộ chuyển đổi DC-DC và bộ sạc tích hợp có thể cung cấp tần số chuyển mạch cao hơn.

Sự khác biệt về hiệu suất này góp phần tăng hiệu quả, phạm vi hoạt động của xe dài hơn và giảm chi phí tổng thể về dung lượng pin và quản lý nhiệt. Những người tham gia ngành bán dẫn, chẳng hạn như nhà sản xuất, nhà thiết kế và nhà điều hành ngành ô tô, được coi là lực lượng chủ chốt trong việc nắm bắt các cơ hội ngày càng tăng trên thị trường xe điện nhằm tạo ra giá trị và đạt được lợi thế cạnh tranh, đồng thời họ đang phải đối mặt với những thách thức đáng kể trong kỷ nguyên điện khí hóa.

2.Trình điều khiển trong lĩnh vực xe điện

Hiện tại, ngành công nghiệp thiết bị cacbua silic toàn cầu đại diện cho một thị trường trị giá khoảng hai tỷ đô la Mỹ. Đến năm 2030, con số này dự kiến ​​sẽ tăng lên từ 11 đến 14 tỷ đô la Mỹ với tốc độ CAGR dự kiến ​​là 26%.. Sự tăng trưởng bùng nổ về doanh số bán xe điện, cùng với việc ưu tiên sử dụng vật liệu SiC của biến tần, cho thấy lĩnh vực xe điện sẽ hấp thụ 70% nhu cầu thiết bị điện SiC trong tương lai. Trung Quốc, với nhu cầu mạnh mẽ về xe điện, dự kiến ​​sẽ đáp ứng khoảng 40% nhu cầu về cacbua silic của ngành sản xuất xe điện trong nước.

Trong lĩnh vực xe điện (EV) nói riêng, sự đa dạng của các hệ thống động cơ, chẳng hạn như Xe chạy bằng pin (BEV), Xe điện hybrid (HEV) hay Xe điện hybrid cắm điện (PHEV), cũng như điện áp mức 400 volt hoặc 800 volt, xác định ưu điểm và mức độ ứng dụng SiC. Các hệ thống năng lượng xe điện thuần túy hoạt động ở điện áp 800 volt có nhiều khả năng sử dụng bộ biến tần dựa trên SiC hơn do chúng theo đuổi hiệu suất cao nhất.

Đến năm 2030, dự đoán các mẫu xe điện thuần túy sẽ chiếm 75% tổng sản lượng xe điện, tăng từ mức 50% vào năm 2022. HEV và PHEV dự kiến ​​sẽ chiếm 25% thị phần còn lại. Vào thời điểm đó, tỷ lệ thâm nhập thị trường của hệ thống điện 800 volt được dự đoán là vượt quá 50%, trong khi con số này là dưới 5% vào năm 2022.

Về cấu trúc thị trường cạnh tranh, những người chơi chủ chốt trong lĩnh vực SiC có xu hướng ưa chuộng mô hình tích hợp theo chiều dọc, một xu hướng được hỗ trợ bởi sự tập trung thị trường hiện tại.Hiện tại, khoảng 60% -65% thị phần được kiểm soát bởi một số công ty hàng đầu. Đến năm 2030, thị trường Trung Quốc dự kiến ​​sẽ duy trì vị thế dẫn đầu trong lĩnh vực cung cấp SiC.

3.Kỷ nguyên từ 6 inch đến 8 inch

Hiện tại, khoảng 80% tấm wafer SiC và hơn 95% thiết bị của Trung Quốc được cung cấp bởi các nhà sản xuất nước ngoài. Tích hợp theo chiều dọc từ tấm bán dẫn đến thiết bị có thể đạt mức tăng sản lượng từ 5% -10% và cải thiện tỷ suất lợi nhuận từ 10% -15%.

Quá trình chuyển đổi hiện nay là sự chuyển đổi từ sản xuất tấm bán dẫn 6 inch sang sử dụng tấm bán dẫn 8 inch. Việc áp dụng vật liệu này dự kiến ​​​​sẽ bắt đầu vào khoảng năm 2024 hoặc 2025 và dự kiến ​​sẽ đạt tỷ lệ thâm nhập thị trường 50% vào năm 2030. Thị trường Hoa Kỳ cũng được dự đoán sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt tấm wafer 8 inch từ năm 2024 đến năm 2025.

Mặc dù ban đầu giá cao hơn do khối lượng sản xuất thấp hơn, tấm wafer 8 inch dự kiến ​​sẽ thu hẹp sự chênh lệch giữa các nhà sản xuất lớn trong thập kỷ tới, nhờ những tiến bộ trong quy trình sản xuất và áp dụng công nghệ mới. Do đó, khối lượng sản xuất tấm bán dẫn 8 inch dự kiến ​​sẽ tăng nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu thị trường và cạnh tranh về giá, đồng thời tiết kiệm chi phí thông qua việc nâng cấp lên kích thước tấm bán dẫn lớn hơn.

Tuy nhiên, bất chấp triển vọng rộng lớn về tương lai của thị trường thiết bị điện silicon cacbua, con đường phát triển của nó vẫn đầy rẫy những thách thức và cơ hội. Sự tăng trưởng nhanh chóng của thị trường này là do sự chú trọng toàn cầu vào việc cải thiện hiệu quả năng lượng, tiến bộ công nghệ, nâng cao hiệu suất ứng dụng và tầm quan trọng ngày càng tăng của tính bền vững môi trường.

4.Thách thức và cơ hội

Quỹ đạo tăng trưởng của SiC được thúc đẩy bởi nhu cầu về xe điện không ngừng tăng cao, mang đến vô số cơ hội trong toàn bộ chuỗi giá trị. Công nghệ mới nổi này đang dần định hình lại bối cảnh của ngành công nghiệp điện tử công suất, mang lại những lợi thế đáng kể so với các thiết bị dựa trên silicon truyền thống.

Sự phát triển nhanh chóng của xe điện và vai trò quan trọng của SiC trong thị trường đang phát triển này đã ảnh hưởng sâu sắc đến tất cả những người tham gia trong toàn bộ chuỗi ngành. Đối với những thực thể này, vị trí của họ trong thị trường SiC ngày càng phát triển đòi hỏi phải xem xét nhiều yếu tố khác nhau. Thị trường bán dẫn ngày nay đã trưởng thành hơn, có khả năng đáp ứng nhanh chóng với sự năng động của thị trường.

Trong những trường hợp này, tất cả các công ty trong ngành có thể được hưởng lợi từ việc theo dõi liên tục những thay đổi và điều chỉnh chiến lược linh hoạt. Bất chấp sự tăng trưởng theo cấp số nhân, thị trường SiC vẫn đang phải đối mặt với những thách thức như chi phí sản xuất cao và sự phức tạp trong sản xuất hạn chế tiềm năng ứng dụng quy mô lớn. Tuy nhiên, sự đổi mới và đầu tư liên tục vào nghiên cứu và phát triển góp phần giảm chi phí và tăng cường phân phối thiết bị.

Chuỗi cung ứng đặt ra một thách thức khác cho SiC, từ cung cấp thiết bị đến sản xuất tấm bán dẫn và tích hợp hệ thống. Bất kỳ mối liên kết nào trong các giai đoạn này đều có thể, do những cân nhắc về an ninh nguồn cung hoặc địa chính trị, có thể đòi hỏi phải thiết kế lại các chiến lược mua sắm phù hợp hơn.

Về mặt cơ hội, với sự tiến bộ của các công nghệ mới nổi như số hóa, trí tuệ nhân tạo và Internet vạn vật, nhu cầu thị trường về các giải pháp năng lượng tiên tiến hơn không ngừng tăng lên, trong đó các thiết bị nguồn SiC đóng vai trò then chốt.Sự phát triển không ngừng của công nghệ SiC sẽ mang lại ảnh hưởng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực, định hình tương lai của ngành điện tử công suất. Đồng thời, đổi mới công nghệ và giảm chi phí sẽ giúp công nghệ SiC dễ tiếp cận hơn, mở đường cho ứng dụng rộng rãi hơn trên thị trường điện tử.**