近日，據(jù)日經(jīng)報道，東芝和富士電機(jī)將合計投資2000億日元（合19億美元），以提高電動汽車的節(jié)能芯片的產(chǎn)量，以適應(yīng)世界各國政府向電動汽車和卡車的急劇轉(zhuǎn)變。

眾所周知，近年來，消費電子、新能源車、光伏風(fēng)電等下游領(lǐng)域快速發(fā)展，功率半導(dǎo)體成為全球關(guān)注的重點。數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計功率半導(dǎo)體市場將以每年6％的速度增長。受此利好影響，全球功率半導(dǎo)體廠商一方面會通過加強(qiáng)內(nèi)部研發(fā)擴(kuò)產(chǎn)，增強(qiáng)自己的實力；另一方面，進(jìn)行并購也成為廠商查漏補(bǔ)缺的另一個重要手段。

而日本廠商無疑是這個市場的一股重要勢力。

耀眼的日本廠商

多年來，日本在發(fā)展功率半導(dǎo)體方面一直不遺余力。據(jù)日本媒體最新報道，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省（METI）正準(zhǔn)備為致力于開發(fā)新一代低能耗半導(dǎo)體材料“氧化鎵”的私營企業(yè)和大學(xué)提供財政支持，METI將為明年留出大約2030萬美元的資金，預(yù)計未來5年的投資額將超過8560萬美元。

對于技術(shù)的追求以及資本推動下，日本在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域一直擁有強(qiáng)大的實力。據(jù)悉，目前全球的功率半導(dǎo)體器件主要由歐洲、美國、日本三個國家和地區(qū)提供，他們憑借先進(jìn)的技術(shù)和生產(chǎn)制造工藝，以及領(lǐng)先的品質(zhì)管理體系，大約占據(jù)了全球60％的市場份額。

日本企業(yè)三菱電機(jī)（Mitsubishi），羅姆（ROHM），東芝（Toshiba），瑞薩電子（Renesas），富士電機(jī)（Fuji Electric），分列2019年的功率半導(dǎo)體市場（離散元件和模組）銷售額排名的前五-九名。

2019年的功率半導(dǎo)體市場（離散元件和模組）上各家廠家的銷售額

近日，根據(jù)相關(guān)報道指出，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省預(yù)期2030年代中期在日本國內(nèi)停止銷售汽油車新車，只銷售混合動力和純電動等電動車型，到2050年，汽車從制造到處置和回收的整個生命周期實現(xiàn)碳中和。

目前，日本政府正計劃對有助于節(jié)能的產(chǎn)品（例如蓄電池和功率半導(dǎo)體）實行優(yōu)惠稅收制度。值得注意的是，這些日廠擴(kuò)產(chǎn)有望緩解中國整車企業(yè)功率半導(dǎo)體供應(yīng)緊缺的現(xiàn)狀。

在日本政府推行新能源車鼓勵政策下，日本廠商正在積極擴(kuò)產(chǎn)備戰(zhàn)。

積極備貨的日本廠商

誠如前文所言，首先是東芝和富士電機(jī)，這兩家廠商正投入巨大資金用于擴(kuò)充產(chǎn)能。

東芝

東芝創(chuàng)立于1875年7月，原名東京芝浦電氣株式會社，1939年由東京電氣株式會社和芝浦制作所合并而成，此前，東芝預(yù)計擴(kuò)大8英寸的生產(chǎn)線，企圖打造一個具有月產(chǎn)15萬枚，以IGBT為核心的業(yè)務(wù)線。提出2021年在分立型半導(dǎo)體元件上的銷售額達(dá)到2000億日元的目標(biāo)。

據(jù)日經(jīng)報道，東芝將在截至2024年3月的財政年度中花費約800億日元，在其位于日本石川縣的工廠增加生產(chǎn)設(shè)備。該集團(tuán)的晶圓生產(chǎn)能力將從每月150，000片增加到每月200，000片。多余的晶圓將交付給日本汽車制造商以及中國和其他地區(qū)的汽車制造商。東芝在低壓產(chǎn)品中表現(xiàn)出色，可有效處理300伏或更低的電壓。

這家總部位于東京的公司希望將功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的銷售額從目前的約1500億日元增長30％，達(dá)到2000億日元。它已經(jīng)為電網(wǎng)提供了功率轉(zhuǎn)換器。

富士電機(jī)

此前，富士電機(jī)發(fā)表了2023年的中期計劃，在中期計劃中顯示2023年度營業(yè)額超過1兆日元，營業(yè)利益800億日元，未來富士電機(jī)將會重點投資功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，2019年~2023年預(yù)計每年平均投資達(dá)到400~500億日元。

富士電機(jī)表示，與2019年相比，本財年日本山梨縣工廠的生產(chǎn)能力將提高30％。該公司計劃提高馬來西亞和日本以外其他地區(qū)的工廠的產(chǎn)能，以使工人能夠?qū)⒅瞥善窂娜毡局圃斓牧慵刑蕹?/p>

富士電機(jī)是開發(fā)用于汽車的功率半導(dǎo)體的先驅(qū)，其零部件已被日本和其他汽車制造商使用。該公司的目標(biāo)是到2023財年使汽車占功率半導(dǎo)體銷售額的一半，高于2019財年的35％。

事實上除了這兩家，還有廠商也在積極提升產(chǎn)能。

三菱電機(jī)

在如此熱潮下，多年來“清心寡欲”的三菱電機(jī)也心動了。三菱電機(jī)是功率半導(dǎo)體類型IGBT模塊的第二大制造商。近年來，三菱電機(jī)的投資有減少的跡象。具體來說，2013年度，三菱電機(jī)投資了360億日元，2014年度以后，每年保持在100~165億日元的投資水平。但是值得注意的是，2018年度三菱電機(jī)果斷投資552億日元，轉(zhuǎn)為積極態(tài)度。其背景是該公司的SiC功率半導(dǎo)體開發(fā)完成。

走到2020年，近日，路透社報道指出，三菱電機(jī)將投資約200億日元（約合1.87億美元）向夏普公司購買兩座閑置的芯片工廠，并啟動生產(chǎn)線以滿足對電動汽車所用電源管理芯片不斷增長的需求。三菱是豐田汽車公司此類芯片的主要供應(yīng)商，新工廠定于明年11月開始運營，將為電源管理芯片加工晶圓。與2019財年相比，2022財年的總生產(chǎn)能力將翻一番。

除了這些正在努力增加產(chǎn)能的廠商，還有一些廠商正在增加對功率半導(dǎo)體其他方面的投資。

羅姆

羅姆可以說完全是以SiC為主要武器，該公司在2016年度投資421億日元，2017年度投資559億日元，2018年度投資780億日元。在福岡縣筑后修建新工廠，在宮崎工廠建設(shè)新導(dǎo)入新產(chǎn)線。其目標(biāo)是，2021年達(dá)到現(xiàn)有生產(chǎn)能力的3倍，月產(chǎn)12000枚（按照6英寸換算）。

羅姆內(nèi)部，其實已經(jīng)有人提出在SiC領(lǐng)域，超過Wolfspeed成為世界第一的口號。ROHM在未來三年預(yù)計投資2500億日元，從瑞薩手中買來的滋賀縣工廠也將投入8英寸產(chǎn)線。

瞄準(zhǔn)氧化鎵

除了積極擴(kuò)充產(chǎn)能，事實上，深耕于功率半導(dǎo)體的日本廠商已經(jīng)看到了更遠(yuǎn)的未來——氧化鎵。資料顯示，氧化鎵（Ga2O3）是一種新興的超寬帶隙（UWBG）半導(dǎo)體，擁有4.8eV的超大帶隙。

作為對比，SiC和GaN的帶隙為3.3eV，而硅則僅有1.1eV，那就讓這種新材料擁有更高的熱穩(wěn)定性、更高的電壓、再加上其能被廣泛采用的天然襯底，讓開發(fā)者可以輕易基于此開發(fā)出小型化，高效的大功率晶體管。與此同時，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，Ga2O3的損耗理論上是硅的1/3，000、SiC的1/6、GaN的1/3。擁有如此多的優(yōu)勢，氧化鎵被看作一個比氮化鎵擁有更廣闊前景的技術(shù)。

據(jù)市場調(diào)查公司--富士經(jīng)濟(jì)于2019年6月5日公布的Wide Gap 功率半導(dǎo)體元件的全球市場預(yù)測來看，2030年氧化鎵功率元件的市場規(guī)模將會達(dá)到1，542億日元（約人民幣92.76億元），這個市場規(guī)模要比氮化鎵功率元件的規(guī)模（1，085億日元，約人民幣65.1億元）還要大！具體數(shù)字雖然沒有公布，從下圖市場預(yù)測圖表中，可以看出在2050年時間點，氧化鎵超過氮化鎵。

在氧化鎵方面，日本在元件、基板等方面的研發(fā)全球領(lǐng)先。但據(jù)了解，研究氧化鎵功率元件、并進(jìn)行開發(fā)的并不是現(xiàn)在的大型、中型功率半導(dǎo)體企業(yè)。也就是說并不是我們所熟悉的三菱電機(jī)、富士電機(jī)、羅姆等企業(yè)。而是一些小企業(yè)。

資料顯示，日本的功率元件方向的氧化鎵研發(fā)始于以下三位：國立研究開發(fā)法人--信息通信研究機(jī)構(gòu)（NICT）的東脅正高（Masataka Higashiwaki）先生、京都大學(xué)的藤田靜雄（Shizuo Fujita）教授、田村（Tamura）制作所的倉又朗人先生。

NICT的東脅先生于2010年3月結(jié)束在美國大學(xué)的赴任并回日本，以氧化鎵功率元件作為新的研發(fā)主題并進(jìn)行構(gòu)想。京都大學(xué)的藤田教授于2008年發(fā)布了氧化鎵深紫外線檢測和Schottky Barrier Junction、藍(lán)寶石（Sapphire）晶圓上的晶膜生長（Epitaxial Growth）等研發(fā)成果后，又通過利用獨自研發(fā)的薄膜生產(chǎn)技術(shù)（Mist CVD法）致力于研發(fā)功率元件。倉又先生在田村（Tamura）制作所負(fù)責(zé)研發(fā)LED方向的氧化鎵單結(jié)晶晶圓，并考慮應(yīng)用到功率半導(dǎo)體方向。

三人的接觸與新能源·產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）于2011年度提出的“節(jié)能革新技術(shù)開發(fā)事業(yè)—挑戰(zhàn)研發(fā)（事前研發(fā)一體型）、超耐高壓氧化鎵功率元件的研發(fā)”這一委托研發(fā)事業(yè)有一定關(guān)聯(lián)，接受委托的是NICT、京都大學(xué)、田村制作所等。可以說，由此開啟了功率元件的正式研發(fā)。

后來，京都大學(xué)成立了風(fēng)險投資企業(yè)“FLOSFIA”，NICT和田村制作所合作成立了風(fēng)險投資企業(yè)“Novel Crystal Technology”。現(xiàn)在，兩家公司都是日本氧化鎵研發(fā)的中堅企業(yè)。

FLOSFIA成立于2011年3月，不同于世界其他地區(qū)對GaN或SiC外延生長的方法研究，F(xiàn)LOSFIA的研究人員開發(fā)了一種新型的制備方法，它是將氧化鎵層沉積于藍(lán)寶石襯底上來制備功率器件。這主要依賴于其一項名為“Mist Epitaxy”（噴霧干燥法）的化學(xué)氣相沉積工藝。

Novel Crystal Technology（以下簡稱NCT）則成立于2015年，公司所采用的方案是基于HVPE生長的Ga2O3平面外延芯片，他們的目標(biāo)是加快超低損耗，低成本β-Ga2O3功率器件的產(chǎn)品開發(fā)。開發(fā)出β-Ga2O3功率器件。

現(xiàn)在參加研發(fā)的日本企業(yè)持續(xù)增加，且正在呈現(xiàn)出“All Japan”的景象。參與開發(fā)下一代半導(dǎo)體“氧化鎵（Ga2O3）”的功率器件的機(jī)構(gòu)數(shù)量正在迅速增加。大學(xué)，公司和公共研究機(jī)構(gòu)陸續(xù)參與了氧化鎵（Ga2O3）的研究。此外，對開發(fā)企業(yè)的投資正在陸續(xù)發(fā)生。

電裝作為一家提供汽車技術(shù)、系統(tǒng)及零部件的供應(yīng)商，也在積極布局Ga2O3的研發(fā)。2018年1月，電裝與FLOSFIA（上文提到）宣布合作，投資和開發(fā)新一代功率半導(dǎo)體器件，預(yù)計將減少和降低用于電動汽車逆變器的能耗、成本、尺寸和重量。

2019年7月，電裝與豐田聯(lián)合宣布成立一個新的合資企業(yè)。新公司計劃于2020年4月成立，主要研發(fā)下一代車載半導(dǎo)體技術(shù)。他們將目光投向了能夠挑戰(zhàn)SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）的功率半導(dǎo)體氧化鎵、金剛石。但直到目前為止，并沒有關(guān)于新公司的新進(jìn)展。

美國在這方面也在發(fā)力。據(jù)外媒報道，今年6月，美國紐約州立大學(xué)布法羅分校（the University at Buffalo）正在研發(fā)一款基于氧化鎵的晶體管，能夠承受8000V以上的電壓，而且只有一張紙那么薄，將用于制造更小、更高效的電子系統(tǒng)，用在電動汽車、機(jī)車和飛機(jī)上。

此外，美國佛羅里達(dá)大學(xué)、美國海軍研究實驗室和韓國大學(xué)的研究人員也在研究氧化鎵MOSFET。佛羅里達(dá)大學(xué)材料科學(xué)與工程教授Stephen Pearton表示，它們看好氧化鎵作為MOSFET的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

而在中國，盡管起步較晚，但對于氧化鎵的研究也同樣不斷推進(jìn)狀態(tài)中。據(jù)國內(nèi)媒體報道，在去年舉行的全國科技活動周上，北京鎵族科技公司公開展示了其研發(fā)的氧化鎵晶胚、外延片以及基日盲紫外線探測陣列器件。

此外，中國電科46所采用導(dǎo)模法成功已制備出高質(zhì)量的4英寸氧化鎵單晶，其寬度接近100mm，總長度達(dá)到250mm，可加工出4英寸晶圓、3英寸晶圓和2英寸晶圓。經(jīng)測試，晶體具有很好的結(jié)晶質(zhì)量，將為國內(nèi)相關(guān)器件的研制提供有力支撐。

不過日本方面表示，鑒于其在Ga2O3領(lǐng)域的領(lǐng)先性，其他廠商暫時不能構(gòu)成威脅。

說在最后

日本半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展了幾十年，大大小小的公司著實不少。可是猛然地說起，似乎也說不出來幾家。加上近幾年作為代表日本半導(dǎo)體行業(yè)的“內(nèi)存”行業(yè)呈現(xiàn)斷崖式下跌。特別是DRAM廠家，1980年代日本傲視全球，2000年如斷了線的風(fēng)箏。現(xiàn)在能夠想到日本半導(dǎo)體的大廠家，也只有Kioxia（以前的東芝公司）了 。

但日本在半導(dǎo)體材料以及設(shè)備上依然具有很大的優(yōu)勢。如在硅片方面，日本的幾家公司名列前茅，各種用在半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)的氣體和化合物方面，日本也不遑多讓。而在功率半導(dǎo)體方面，也是如此，日本公司不僅花大手筆投資增產(chǎn)現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品，也在努力布局下一代功率半導(dǎo)體材料。

日本的半導(dǎo)體實力，不容小覷。

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