编者按：本文为晶盛机电董事长曹建伟在武汉光谷化合物半导体产业交流会的演讲。
化合物衬底作为半导体产业的核心基础材料，虽不像硅衬底那样形成庞大的产业生态，但在新能源、新一代显示、先进封装等新兴领域的驱动下，正迎来前所未有的发展机遇。接下来，我将从行业布局、核心装备、创新探索三个维度展开分享。
化合物衬底行业布局
化合物衬底材料凭借独特的物理化学特性，在不同赛道形成差异化竞争优势，同时催生新的市场需求，呈现多应用拓展的布局特征。晶盛机电在这一板块重点布局了蓝宝石和碳化硅衬底材料。
一，蓝宝石衬底从成熟应用到新兴场景的全面突破。
在成熟应用领域，蓝宝石衬底的第一大市场是大宗照明，相关产品已商业化应用二十余年，从去年开始进入更新换代周期，直接带动市场需求快速回升。这一传统市场的复苏，为蓝宝石衬底产业提供了稳定的基本盘。
在新兴应用领域，蓝宝石衬底正迎来三大增量市场：一是MiniLED与MicroLED显示领域，其中MicroLED技术经过多年研发，随着巨量转移等核心技术逐步成熟，即将进入规模化应用阶段，将为蓝宝石衬底带来爆发式增长需求；二是氮化镓功率半导体领域，传统硅基氮化镓功率器件已形成一定规模，而当前众多头部企业开始探索8英寸、12英寸蓝宝石衬底在氮化镓功率半导体中的应用，这一技术路径的创新将进一步打开蓝宝石衬底的市场空间；三是先进封装需求，12英寸蓝宝石衬底在先进封装载具的应用已进入前期研发阶段，随着衬底尺寸的扩大，更多新应用场景正在持续涌现。
从市场格局来看，2012年以前，蓝宝石衬底市场90%的份额被俄罗斯和美国的两大巨头垄断。晶盛机电自2012年进入该领域后，通过持续的技术创新不断刷新世界纪录，逐步打破海外垄断。目前，晶盛机电的蓝宝石材料实现从4英寸到12英寸的全系列覆盖，全球产能占比已超过50%。
二，碳化硅衬底市场由新能源汽车驱动，多赛道需求爆发。碳化硅衬底是近年来化合物衬底领域增长最快的赛道，尤其是在新能源汽车的强力拉动下，市场规模实现跨越式增长。通过对国内汽车新势力的调研，我们发现当前售价15万元级别的新能源汽车已开始采用碳化硅器件。
之所以出现这种局面，一方面，随着技术规模化应用，碳化硅产品价格已与传统IGBT器件趋于持平；另一方面，碳化硅器件支持800V高压平台，能实现快速充电，完美解决新能源汽车用户的核心痛点。新能源汽车全面采用碳化硅已成为行业共识，未来市场需求将持续爆发。
除了新能源汽车这一核心赛道，碳化硅衬底还涌现出两大新兴应用方向：一是先进封装领域，碳化硅因优异的散热性能，台积电正在推进碳化硅衬底在CoWoS封装中的应用，以解决AI芯片高功耗和散热问题；二是光学领域，以META为代表的企业在光学镜片中引入碳化硅材料，进一步拓展了碳化硅的应用边界。这些新赛道的崛起，改变了行业对碳化硅衬底尺寸的预期。原本认为8英寸是功率半导体领域的长期主流规格，但在新应用的驱动下，12英寸碳化硅衬底有望在5-10年内快速导入，形成新的市场增长点。
在产业竞争层面，碳化硅衬底已成为功率半导体企业的战略必争之地。目前，众多企业已陆续从硅基IGBT的研发，转向全力攻关碳化硅MOSFET技术，这一产业转移趋势将进一步放大碳化硅衬底的市场需求。从全球布局来看，目前碳化硅衬底的终端客户50%以上集中在海外，这也要求国内企业在全球范围内进行产能布局，以贴近客户、响应市场需求。
核心装备是化合物衬底的“命脉”
与硅基衬底产业拥有完善的装备供应链支持不同，化合物衬底市场规模相对小众，缺乏成熟的装备体系支撑。因此，装备自主化成为化合物衬底企业的核心竞争力，也是制约行业发展的关键瓶颈。晶盛机电自创立以来，始终坚持“打造半导体材料装备领先企业”的核心使命，围绕硅、蓝宝石、碳化硅三大材料，构建了“装备+材料”协同发展的独特模式，为化合物衬底产业突破瓶颈提供了关键支撑。
一，装备自主化。化合物衬底的生产过程对装备要求极高，尤其是大尺寸、高硬度衬底的制备，需要攻克长晶、减薄、抛光、检测等一系列核心装备技术。晶盛机电针对化合物衬底的生产需求，自主研发了全流程核心装备。
针对蓝宝石衬底，晶盛机电通过自主研发的长晶设备，实现了从4英寸到12英寸蓝宝石衬底的规模化生产，为全球产能布局超过50%的成绩奠定了基础。
晶盛机电从2017年开始研发碳化硅衬底相关装备，2019年正式布局材料生产，形成了“装备研发-材料生产-市场应用”的闭环。针对碳化硅长晶过程中对温度梯度的严格要求，之前主流技术是感应法，由于热场温度梯度的限制这一路线，不是8-12英寸碳化硅衬底的生产最佳路线。晶盛机电在国内率先采用电阻法长晶技术，所以我们做到了后发先至。
二，工艺与装备协同。化合物衬底的成本控制是制约其大规模应用的关键因素，而装备与工艺的协同创新是实现降本增效的关键。以8英寸碳化硅衬底为例，前期市场应用未打开，全球领先装备公司不愿意专门开发此类设备。如：抛光方法，工艺衬底的客户要求是什么，刚开始都没有统一标准。我们为抢占先机，开发设备时三条工艺路线并进迭代，最终筛选出低成本、大规模的抛光方案，大幅降低了8英寸碳化硅衬底的抛光成本。
此外，晶盛机电开发了自动化工厂和信息管理系统，实现了生产全过程数字化管理。低成本OHT（空中物料运输系统），解决了传统fab厂OHT设备成本过高的问题。同时，晶盛机电还布局了数字化质量系统，包括质量SPD分析、设备运行监控等，并上线了AI交互系统，能够实时向工艺人员、管理人员反馈生产数据和良率情况。
三，12英寸装备突破引领行业技术迭代。大尺寸化是化合物衬底的核心发展趋势，而12英寸衬底的制备对装备的要求达到了新的高度。晶盛机电在12英寸化合物衬底装备领域已走在全球前列：在蓝宝石衬底装备方面，已实现12英寸衬底的规模化生产，并为先进封装、功率半导体等新兴应用提供样品；在碳化硅衬底装备方面，晶盛机电建成了第一条12英寸碳化硅衬底中试线，实现了从装备研发到中试生产的全流程突破。
在检测装备这一行业痛点领域，晶盛机电也取得了关键进展。传统碳化硅缺陷检测采用破坏性检测和X光检测法，检测效率和准确性难以满足大尺寸、高性能衬底的需求。晶盛机电在TSA检测方法的基础上进一步开发了12英寸碳化硅形貌检测设备和膜厚检测设备，为12英寸碳化硅衬底的普及提供了关键的检测装备支持。
未来趋势
我们继续坚持“装备+材料”的协同，针对产业痛点做出前瞻性布局。
一，攻克质量瓶颈，实现COPfree（无晶体原生缺陷）目标。虽然国内碳化硅衬底在尺寸上实现了快速突破，但在晶体缺陷密度上，相比硅衬底仍然较高。未来几年，晶盛机电将通过工艺优化、装备升级，持续降低碳化硅衬底的缺陷密度，最终实现像硅衬底一样的COPfree目标。
二，布局下一代设备，支撑技术迭代。随着下一代沟槽型MOSFET技术的发展，对离子注入机的能量和角度控制提出了更高要求。晶盛机电正在开发满足下一代沟槽型器件需求的国产离子注入机，为功率半导体技术迭代提供装备支持。同时，针对碳化硅降成本的需求以及MicroLED等应用对键合技术的要求，布局了相关设备，进一步完善化合物衬底产业链的装备布局。
三，聚焦三大核心装备。未来，晶盛机电将重点聚焦12英寸外延设备、更高能量的离子注入机、高精度键合设备三大方向，持续加大研发投入，推动核心装备的国产化、高端化。通过这三大核心装备的突破，不仅将提升晶盛机电自身的核心竞争力，更将为整个化合物衬底产业的发展提供关键支撑，助力国内化合物衬底产业实现从“跟跑”到“领跑”的跨越。
总结
化合物衬底行业正迎来前所未有的发展机遇，提供了广阔的市场空间；而装备自主化、材料高端化、应用多元化的发展趋势，也为企业带来了新的挑战与机遇。我相信，在全行业的共同努力下，国内化合物衬底产业将不断突破技术瓶颈、扩大市场份额，为中国半导体产业的高质量发展提供坚实支撑。