结果人的事情还没做成，中国股市就不平静了。整个稀土行业概念股暴跌，北方稀土跌4.29%，中国稀土跌6.4%。
但就在同一天，马斯克也宣布了一个震惊业界的消息:
特斯拉的下一代电动汽车将大幅减少75%的碳化硅(SiC)用量。
碳化硅，什么鬼？
听起来很奇怪，但其实我们每个人都用过碳化硅。
比如打磨用的砂纸，一般由两种成分组成——碳化硅和刚玉(氧化铝)。
有很多女孩子怕在婚礼上丢了戒指，就戴上“假”钻戒，也叫“莫桑钻”，又大又便宜——一个宝只要100块一克拉，一般外行人看不出来。
是一个叫莫桑石的科学家在陨石中发现了天然碳化硅，获得了诺贝尔化学奖，所以碳化硅也被命名为莫桑石。
说起这几年，碳化硅更是火了。有人说它是“正在从地面起飞的半导体材料”。
因为它用在所有“新基础设施”和“碳中和”的板块，比如5G基站、光伏、风电、新能源汽车等行业。
2021年中国碳化硅功率器件市场结构
数据来源:米尔瑞产业根据公开资料编制。
有一些做碳化硅材料的上市公司。顶级客户包括汽车公司和珠宝公司。
部分碳化硅模块企业2024年的货已经基本卖完了。
那它这么火有什么用？关于极速充电。
在新能源系统中，碳化硅可以用作功率器件，也称为电力电子器件。
与传统的半导体硅相比，碳化硅可以在更高的电压、频率和温度下工作。
车内使用碳化硅是因为新能源车需要高电压，比如800伏，甚至更高，如果要充电非常快。碳化硅适用于650伏以上的电压。
根据“十五”计划纲要和2035年远景目标，我国将加快以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体新材料和技术的产业化，催生一批高速发展的新材料企业。
集邦咨询预计，2022年汽车碳化硅器件市场规模将达到约10亿美元，2026年将达到39.4亿美元。
据不完全统计，2022年，全国新开工和签约碳化硅项目投资超过476亿元。2018年，这个数字只有50亿元。
许多国际制造商也在扩大生产，许多人看好碳化硅的未来前景。
例如，德国半导体制造商英飞凌说:
“现在的新车，只要能使用碳化硅，就不会使用传统的功率器件。”
除了一个人——马斯克。
在特斯拉的发布会上，他宣布未来特斯拉的碳化硅消耗量将减少75%，整个行业顿时被雷到。
要知道，是特斯拉首创了碳化硅的“上车”，率先在Model 3主驱动的逆变器上使用了碳化硅。
带24个SiC MOSFET功率模块的3型主逆变器
资料来源:新时代
马劳同志挖了一个洞，每个人都跳了进去。
一些有碳化硅的车企“上车”
来源:中关村智能网研究交流
等他们都下去了，他说，我要先跳出来。
但事实上，如果你真的了解碳化硅行业，你就不会像业内人士第一次听说的时候那么阴郁了。
碳化硅是未来发展形势仍在改善的材料产业。
而且未来中国很有可能在半导体产业上获得国际领先优势，甚至可能在成本和性能上赶超“硅基半导体”。
为什么这么说？
众所周知，在硅基半导体行业，分工非常明确，什么事情都通过一辆火车做的企业非常少。
比如华为海思以前做芯片设计，TSMC、三星、SMIC做芯片代工，有的公司做封装测试，有的公司做的更上游，做电子级多晶硅，做半导体晶圆等等。
碳化硅行业也是如此。由于资金投入大，很少有公司完全覆盖上下游。
美国公司只有一家，以前叫Cree，现在叫Wolfspeed。
如果你家里有一辆新能源车，而且能以超快的速度充电，那么车上用的碳化硅估计就来自狼速。
因为光是它就占了碳化硅全球上游产量的62%(substrate link，2020)。
数据来源:米尔瑞产业根据公开资料编制。
在下游，碳化硅功率器件的六大巨头包括英飞凌、STFT、安森、罗马、狼速和三菱，六家国外公司占据了全球99%的市场份额。
也就是说，中国的新能源汽车确实国产化的很好，但是要想超快充电，几乎绕不过这些国际厂商。
他们提供多少你就用多少。想要更多吗？抱歉，没有。
为什么会这样？这就把我们带到了碳化硅的产业链上。
一般来说，人们谈论的“碳化硅”行业主要集中在衬底、外延片和器件三个环节。
衬底是由半导体单晶材料制成的晶片，其价值很高，占整个碳化硅器件价值的50%以上。
它是如何制作的？
首先要有碳粉和硅粉，在高温(2800℃以上)的炉中加热，变成碳化硅。
碳化硅粉末不会融化成液体，而是直接升华，从固体变成气体。
漂浮在炉上方，温度下降，会直接凝结，然后从气体降到固体，从而生成碳化硅晶体。
这个过程有多慢？在炉中闷一周，只能长出一个又短又粗，手掌大小的圆柱体，厚度在4厘米左右。
来源:浙江大学杭州科技创新中心和先进半导体研究院。
而且由于炉壁上没有小窗，整个过程就像打开了一个盲盒，很难被人工干预。
温度和压力控制稍有误差，就会导致碳化硅生产中的一系列参数缺陷。
如果有破碎变形的碳化硅晶片，将降级为莫桑金刚石。
国内碳化硅技术起步较晚，碳化硅单晶的制备一直是世界性难题，稳定性高的晶体生长工艺是核心技术。过去这项技术只掌握在美国人手中，对中国长期实行技术封锁。
到现在只是一个晶体生长的过程，还没有形成衬底。
基板就像制作芯片的硅片，而且必须很薄。
然后要切割圆柱体，需要用高硬度的细线。
如果你对光伏比较熟悉，光伏行业过去用的也是类似的东西——砂浆线切割。
但是碳化硅又硬又脆，用力一撞就容易断，所以不能着急，慢慢切。即便如此，过程中还是会有“休克损失”。
综上所述，碳化硅衬底技术的良率只有50%左右，在大规模工业生产中是非常低的水平。
一坨碳化硅晶体最后长了几厘米高，结果可能只切出30~40块——经过抛光等工艺，就是衬底了。
从生长到切割抛光，这一块基板的制作过程大概需要一个月的时间。
一个6寸的基板要几千元，最后可以切割500~600个碳化硅元件。
听起来很多，但是一两辆新能源车可能就把这么一整块碳化硅用光了。
很多人会问，为什么在石油汽车时代，碳化硅几乎不用于汽车工业？
因为燃油车电压低，只要符合车载电器的功率和排放规定，只完成了从6V到12V再到48V的升级。
新能源汽车的“三电”(电机、电控、电池)系统替代燃油动力，车内电压升至100伏以上。
碳化硅具有高承载电压等级等优异性能，因此新能源汽车对碳化硅的需求很大，供应跟不上整车企业产能扩张的步伐。
这时候你就能理解为什么马劳同志那么着急，说要减少75%的碳化硅供应量了——贵，供的慢，用量大。
国内公司也瞄准了这个赛道的机会。在基板这一环节，中国正在迎头赶上，主要厂商是田玉娥先进和田可何达。2019年，华为子公司哈勃投资山东田玉娥，持股10%。
但是国内产品和海外产品还是有一定差距的。
以错位为例。位错是晶体中的线状缺陷，要尽量减少。
国外产品的位错可以达到1000个/cm2，而2022年底国内是5000个/cm2。
在基板产品水平上，中国与海外先进企业还有几年的差距。
在衬底连接之后，接着是外延连接。
所谓外延，就是经过切割、研磨、抛光等加工工艺，在衬底上生长一层新的单晶的过程。该新材料层可以是与衬底相同的材料，也可以是不同的材料。
就像蛋糕坯一样，你可以在上面涂奶油，也可以继续撒面包屑。
有人说加同样的材料不是没有必要。
事实上，即使材料相同，加入外延层也能提高晶圆表面材料的纯度和均匀性。
表面缺陷和杂质越少，电阻率越均匀，产品性能越好。
有了外延层，衬底就变成了外延晶片。
5G基站用的是在碳化硅衬底上生长一层氮化镓，就是微波射频器件，作为基站的功率放大器。
与衬底相比，外延层的生长要容易得多，只要一两个小时。
外延片做好之后，经过器件设计和器件制造，碳化硅就可以正式上总线了。
目前国内很多企业都位于碳化硅的上下游环节，而美国的狼速有能力完成所有这些制造环节。
但是没有人愿意过分依赖狼速。
有业内专家走访了多家汽车厂商，发现国内新势力替代碳化硅的呼声和需求非常高。
而且据业内人士透露，日本可能会禁止向中国出售碳化硅等行业的高科技设备，因此设备、原材料、辅助材料的国产化成为中国的必须。
目前国内带衬底的单晶炉基本都是国产的，要用的热场和粉末都需要进口。
另外，现在的切割、研磨、抛光设备主要是进口的，很快就会推出国产设备。
我们相信，中国新能源汽车激烈的竞争环境和繁荣的市场前景，必将助推越来越多的车企追求基于碳化硅的“超快充电”。
就像前几年，除了一个手机品牌的系统是封闭的，充电接口也是封闭的，几乎所有的手机品牌都在充电源。
我们的手机从过去5V/2A(10W)的标准插头，到最高150W、210W、240W的插头，不断升级。
过去，手机超快充电首先应用于高端和旗舰机型。
现在人们花两三千元就能轻松买到一部100W以上的充电手机。我们知道这是“氮化镓”的功劳。
事实上，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是“第三代半导体”的两种重要材料，不同于传统的“硅基半导体”材料。
因为手机充电的频率更高，氮化镓更适合650伏以下的中低压，和碳化硅的应用场景不同。
中国消费电子领域的激烈竞争使中国氮化镓产业受益，国产化率不断提高。
为什么同样的事情不能发生在新能源汽车、碳化硅等领域？
最重要的是，我们有大量的碳；硅，也非常多。
碳化硅，只要是人能制造的东西，最终都会过剩。
过剩的结果是企业缺货，价格大幅下降，企业开始铺牌洗牌，对客户更有吸引力，扩大了应用场景和规模。
市场经济就是这样。
马斯克担心，这样的“过剩”场景在短短几年内将很难看到。
但其实碳化硅未来的趋势一定是“老王谢堂去世，飞入寻常百姓家。”
一家功率半导体供应商的高管表示:“短期内，没有任何半导体材料能在性能上与碳化硅匹敌。”
在特斯拉宣布减少碳化硅的当天，他们的电力系统工程副总裁指出:
特斯拉开发了定制化的模块封装技术，可以少用碳化硅，保持同样的散热效果。
降耗就是精打细算，不能改弦易辙，另起炉灶。
随着我国碳化硅原料和设备国产化水平的不断提高，480kW的超级快充仍然是一些汽车品牌的卖点，未来将会像66W、100W的手机快充一样普遍。
只要中国人都在努力做这个东西，价格不降怎么合理？
现阶段，在碳化硅全球供不应求的形势下，特斯拉，或者说任何一家车企，“减少”碳化硅在每辆车上的使用都是非常合理的。
食物不多了，省点吃的吧。
但在未来，我们一定会在更多的充电站看到使用碳化硅的过充电桩。
出乎很多人意料的是，中国光伏产业全球第一，催生了一大批光伏装备龙头企业。
这些企业中有许多正在制造用于光伏应用的单晶硅棒和硅晶片设备。
这类设备的研发能力可以很好的转移到碳化硅生长切割设备的研发过程中。
经过自主技术攻关，2022年8月，光伏设备企业晶盛机电成功发布首款大尺寸8英寸N型碳化硅晶体，缩小了国内外技术差距，获得不低于23万片订单。
2022年8月，电气二院成功实现了大尺寸碳化硅单晶片的激光剥离，进行了从碳化硅锭到合格衬底晶片的自动化设备穿线，为解决第三代半导体关键技术难题做出了贡献。
2022年6月，国内光伏硅片切割设备公司高策股份有限公司推出高速碳化硅金刚石线切割机，改变了碳化硅行业砂浆切割的工艺，在获得同等硅片质量的前提下，产能提高4倍以上，生产成本大幅降低。
2022年6月至10月，高策有限公司已签订12份销售订单。显然，这种设备的制造能力与光伏设备金刚线切片机的技术能力是一脉相承的。
所以做好碳中和是一个行业底层水乳交织的过程。
光伏、风电、储能、氢能、新能源汽车...他们在设备和原材料方面共享大量资源。一个领域的繁荣会促进另一个领域的加速成长，共生共荣的产业根基最终会让中国成为整个新能源产业版图的全球领导者。
所以不管马斯克用不用碳化硅，用多少碳化硅，中国的人都会一直做下去。
学它是因为我们学的太多了。
掌握了它，我们以后会掌握更多的东西。
库万实验室整理和编辑