Bewertung des Siliziumkarbid-Halbleitermarktes – 2024-2031

SiC hat einen niedrigeren Einschaltwiderstand als Silizium, was den Energieverlust während des Betriebs reduziert und die Gesamteffizienz verbessert. Die im Vergleich zu Silizium hohe Durchbruchfeldstärke von SiC ermöglicht es, den Sperrspannungsbereich eines Leistungsgeräts etwa 10-mal dünner und 10-mal stärker dotiert zu gestalten. Diese Konfiguration ermöglicht eine etwa 100-fache Reduzierung des Widerstands des Sperrbereichs bei gleicher Nennspannung, was zu verbesserter Leistung und Effizienz führt. Somit erhöht SiC-Halbleiter die Gesamteffizienz, was dazu führt, dass die Marktgröße im Jahr 2024 802,93 Millionen USD übersteigt und bis 2031 3614,24 Millionen USD erreicht.

SiC-Geräte können höhere Spannungen bewältigen als ihre typischen Silizium-Gegenstücke. Diese Funktion erweitert den Anwendungsbereich und erhöht die Designfreiheit für Leistungselektronik. Somit kann der SiC-Halbleiter den Betrieb mit höheren Spannungen bewältigen, wodurch der Markt von 2024 bis 2031 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 15,90 % wachsen kann.

Markt für Siliziumkarbid-HalbleiterDefinition/Überblick

Siliziumkarbid-Halbleiter (SiC) sind elektronische Geräte, die Siliziumkarbid als Halbleitermaterial verwenden. SiC-Halbleiter werden aufgrund ihrer besonderen Merkmale und Vorteile gegenüber herkömmlichen Halbleitern auf Siliziumbasis in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, insbesondere in der Leistungselektronik.

Siliziumkarbid (SiC), ein Verbindungshalbleiter aus Silizium (Si) und Kohlenstoff (C), gehört zur Klasse der Materialien mit großem Bandabstand (WBG). Seine starke physikalische Bindung verleiht dem Halbleiter eine überlegene mechanische, chemische und thermische Stabilität. SiC-Geräte mit ihrem breiten Bandabstand und ihrer verbesserten thermischen Beständigkeit können bei höheren Sperrschichttemperaturen als Silizium funktionieren, sogar über 200 °C.

Der grundlegende Vorteil von Siliziumkarbid in Leistungsanwendungen ist sein geringer Driftbereichswiderstand, der für Hochspannungsleistungsgeräte entscheidend ist. Halbleiter auf Siliziumkarbidbasis haben eine höhere Wärmeleitfähigkeit, erhöhte Elektronenmobilität und geringere Leistungsverluste. SiC-Dioden und -Transistoren können bei hohen Frequenzen und Temperaturen betrieben werden und bleiben dabei zuverlässig.

SiC-Halbleiter haben ein enormes Potenzial, die Leistungselektronik zu revolutionieren und zu einer nachhaltigeren Zukunft beizutragen. Kontinuierliche Verbesserungen in der Materialwissenschaft, Integrationstechniken und eine zunehmende Betonung der Energieeffizienz werden den Weg dafür ebnen, dass SiC zu einem grundlegenden Bestandteil zukünftiger Technologien wird.

Wie beschleunigt die zunehmende Verwendung von Siliziumkarbid in der Elektronik-, Automobil- und erneuerbaren Energiebranche das Wachstum des Siliziumkarbid-Halbleitermarktes?

Die zunehmende Verwendung von Siliziumkarbid-Halbleitern in der Elektronik-, Automobil- und erneuerbaren Energiebranche ist ihrer effektiven Handhabung hoher Temperaturen und Spannungen zu verdanken. Siliziumkarbid-Halbleiter weisen in Hochleistungsanwendungen eine bessere Leistung auf. Die große Bandlückenenergie und die niedrige intrinsische Trägerkonzentration von SiC ermöglichen es ihm, bei deutlich höheren Temperaturen als Silizium Halbleiterverhalten zu zeigen. Folglich können SiC-Halbleiterbauelemente im Vergleich zu Silizium-basierten Gegenstücken bei viel höheren Temperaturen effektiv funktionieren.

Die Fähigkeit, ungekühlte Hochtemperatur-Halbleiterelektronik direkt in heiße Umgebungen zu integrieren, bietet erhebliche Vorteile für Branchen wie die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt und die Tiefbohrung. Die hohe Durchbruchfeldstärke und Wärmeleitfähigkeit von SiC in Kombination mit der Fähigkeit, bei hohen Sperrschichttemperaturen zu arbeiten, ermöglichen es SiC-Bauelementen theoretisch, extrem hohe Leistungsdichten und Wirkungsgrade zu erreichen.

SiC-Hochleistungs-Halbleiterschalter haben das Potenzial, die Effizienz bei der Verwaltung und Steuerung elektrischer Energie deutlich zu verbessern. Der Einsatz von SiC-Elektronik könnte es dem öffentlichen Stromnetz ermöglichen, den gestiegenen Stromverbrauch der Verbraucher zu decken, ohne dass zusätzliche Kraftwerke erforderlich wären. Darüber hinaus könnte es durch die Implementierung „intelligenter“ Energieverwaltungssysteme die Stromqualität und die Betriebszuverlässigkeit verbessern.

SiC erhöht die Betriebszuverlässigkeit, senkt die Wartungskosten und verbessert die Kraftstoffeffizienz, was das Wachstum der SiC-Luftfahrt- und Elektronikindustrie beschleunigt. Der ungekühlte Betrieb von Hochtemperatur- und Hochleistungs-SiC-Bauelementen hat das Potenzial, bahnbrechende Fortschritte bei Flugzeugsystemen zu ermöglichen. Düsenflugzeuge sparen deutlich Gewicht, indem sie hydraulische Steuerungen und Hilfsaggregate durch verteilte intelligente elektromechanische Steuerungen ersetzen, die rauen Umweltbedingungen standhalten können. Diese Änderung könnte zu geringerem Wartungsaufwand, weniger Emissionen, besserer Kraftstoffeffizienz und erhöhter Betriebszuverlässigkeit führen.

Darüber hinaus treiben staatliche Gesetze zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und Umweltbedenken den weltweiten Wandel hin zu Elektroautos voran. Die Nachfrage nach SiC-Halbleitern wird durch den Bedarf der Elektrofahrzeugindustrie an schnellerem Laden, größerer Reichweite und überlegener Gesamtleistung angetrieben, die alle durch SiC-basierte Leistungselektronik ermöglicht werden. Um die Nutzung von Elektrofahrzeugen, erneuerbaren Energiequellen und energieeffizienter Technologie zu fördern, bieten Regierungen und Regulierungsbehörden auf der ganzen Welt Anreize und Subventionen. Diese Aktivitäten senken die Eintrittsbarrieren und steigern die Nachfrage, was eine Atmosphäre schafft, die der Expansion der SiC-Halbleiterindustrie förderlich ist.

Wie behindert der hohe Preis von SiC das Wachstum des Siliziumkarbid-Halbleitermarktes?

SiC-Halbleiter sind oft teurer als ihre siliziumbasierten Gegenstücke. Diese anfänglichen Ausgaben können einige Benutzer abschrecken, insbesondere in kostensensiblen Branchen, da SiC-basierte Systeme teure Komponenten wie Leistungsmodule und -geräte erfordern. SiC-Wafer und -Geräte haben eine geringere Produktionskapazität als siliziumbasierte Alternativen. Eine branchenübergreifende erhöhte Nachfrage nach SiC-Halbleitern kann zu Versorgungsengpässen führen, die längere Lieferzeiten und möglicherweise Rückschläge bei der Produktentwicklung und -einführung zur Folge haben. Die Herstellung von SiC-Wafern und -Geräten ist ein komplexerer und ressourcenintensiverer Prozess als die Herstellung siliziumbasierter Halbleiter. Diese Komplexität kann die Herstellungskosten erhöhen und Probleme bei der Gewährleistung einer gleichbleibenden Produktqualität verursachen, insbesondere bei der Produktion im großen Maßstab.

Die Integration von SiC-basierten Komponenten in bestehende Systeme und Infrastrukturen, insbesondere in Branchen, in denen siliziumbasierte Technologien dominieren, kann Kompatibilitätsprobleme mit sich bringen. Häufig sind zusätzliche Entwicklungsarbeit und Finanzierung erforderlich, um die besonderen elektrischen und thermischen Eigenschaften von SiC-Halbleitern zu handhaben, was die Akzeptanzraten beeinträchtigen kann. Die globale SiC-Halbleiterindustrie ist durch die Existenz mehrerer Hersteller und Lieferanten gekennzeichnet, was zu einer Marktfragmentierung und einem harten Wettbewerb führt. Dieses Wettbewerbsumfeld kann Druck auf Preise und Gewinnspannen ausüben, insbesondere für Unternehmen, denen starke technologische Vorteile oder Alleinstellungsmerkmale fehlen.

Hersteller von SiC-Halbleitern können Schwierigkeiten haben, Industriestandards und behördliche Vorschriften einzuhalten, insbesondere bei sicherheitskritischen Anwendungen wie Automobilen und Flugzeugen. Die Erfüllung belastender Zertifizierungskriterien kann zu höheren Kosten und Vorlaufzeiten führen und die Wettbewerbsfähigkeit von SiC-basierten Systemen auf dem Markt verringern. Obwohl potenzielle Käufer die siliziumbasierten Konkurrenten in vielen Aspekten übertreffen, sind sie weiterhin besorgt über die Lebensdauer und langfristige Zuverlässigkeit von SiC-Halbleitern. Um eine breite Akzeptanz zu erreichen, muss durch strenge Test- und Validierungsverfahren Vertrauen in die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von SiC-Geräten aufgebaut werden.

Kategorienspezifisches Gespür

Wie treiben E-Mobilität und vielfältige industrielle Anwendungen das Segment der SiC-Leistungsmodule im Siliziumkarbid-Halbleiterbereich voran?

Das Segment der SiC-Leistungsmodule dominiert den Siliziumkarbid-Halbleitermarkt aufgrund ihrer vielfältigen Anwendungen in den Bereichen Energie, E-Mobilität und Industrie. Diese Module fungieren als effiziente Leistungsumwandlungsschalter, die die Energieeffizienz erhöhen und die Betriebskosten senken. Außerdem führt die Kombination von Siliziumkarbid-Leistungsmodulen mit Schottky-Barrieredioden und Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) zu deutlich geringeren Schaltverlusten als bei siliziumbasierten Alternativen. Dieser Vorteil dürfte im Prognosezeitraum zu einem deutlichen Marktwachstum führen.

Die zunehmende Beliebtheit von Siliziumkarbid-Leistungsmodulen treibt Unternehmen auch dazu, neue Produkte auf den Markt zu bringen, was das Wachstum der Kategorie beschleunigt. Beispielsweise hat ON SEMICONDUCTOR CORPORATION (ON Semi) die Leistungsmodulserie APM32 entwickelt, die für die Hochspannungs-DC-DC-Umwandlung in Elektrofahrzeugen konzipiert ist, was veranschaulicht, dass das Segment in Richtung Innovation und Expansion tendiert. Darüber hinaus verbessern SiC-Leistungsmodule die Umwandlungseffizienz und ermöglichen eine deutliche Verringerung der Schaltverluste im Vergleich zu Si-IGBT und SI-FRD.

SiC-Module vereinfachen das Wärmemanagement, indem sie kleinere und weniger teure Kühlkörper oder Kühlsysteme ermöglichen. Sie können sogar Wasser- oder Zwangsluftkühlung durch natürliche Kühlmethoden ersetzen. Die erhöhte Schaltfrequenz von SiC-Modulen ermöglicht die Verkleinerung passiver Komponenten wie Induktoren und Kondensatoren. Darüber hinaus weisen SiC-Module mit Mehrheitsträgerbauelementen nur minimale Änderungen der Schaltverluste bei Temperaturschwankungen auf. Obwohl die Schwellenspannung bei höheren Temperaturen abnimmt, neigen SiC-Leistungsmodule dazu, niedrigere Eon- und etwas höhere Eoff-Werte zu haben, wenn die Betriebstemperatur steigt.

Darüber hinaus können SiC-Module IGBT-Module mit höheren Nennströmen ersetzen, da sie vernachlässigbar geringe Schaltverluste bieten und hohe Schaltgeschwindigkeiten bei der Handhabung hoher Ströme unterstützen. Es muss jedoch beachtet werden, dass die durch die Drahtinduktivität im Modul oder in dessen Peripherie erzeugte Stoßspannung (V=-L×dI/dt) die Nennspannung überschreiten kann, was bei Design und Implementierung sorgfältig berücksichtigt werden muss.

Wie fördert die Kostensenkung in der Produktion das Wachstum des 1-Zoll- und 4-Zoll-Segments auf dem Siliziumkarbid-Halbleitermarkt?

Das 1- bis 4-Zoll-Segment dominiert den Siliziumkarbid-Halbleitermarkt erheblich, da das Werkzeug zur Reduzierung der Geräteproduktion beiträgt. Durch den Einsatz von chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) weisen SiC-Epi-Wafer weniger Oberflächendefekte auf, was zu einer Verbesserung der Ausbeute führt. Dieser Größenbereich umfasst N-Typ- und P-Typ-Wafer mit einer Dicke von 350 ± 25 Mikrometern.

Siliziumkarbid-Wafer mit P-Typ-Substraten werden für die Herstellung von Leistungsgeräten wie isolierten Gate-Bipolartransistoren bevorzugt. Im Gegensatz dazu werden N-Typ-Substrate mit Stickstoff behandelt, um die Leitfähigkeit in Leistungsgeräten zu verbessern. Diese Versionen bieten nicht nur überlegene mechanische Eigenschaften, sondern sind auch mit aktuellen Geräteproduktionsverfahren kompatibel.

Darüber hinaus macht die Massenproduktion von 1- bis 4-Zoll-Siliziumkarbid-Wafern sie erschwinglich, wobei die Nachfrage durch industrielle Anwendungen angetrieben wird. Ihre Fähigkeit, die Gerätegröße zu reduzieren, erhöht ihre Attraktivität und positioniert sie für eine verstärkte Nutzung im Prognosezeitraum.

Wie treibt die zunehmende Einführung der Herstellung von Siliziumkarbid-Wafern im kommerziellen Maßstab das Wachstum des 10-Zoll-Segments im Siliziumkarbid-Halbleitermarkt an?

Das 10-Zoll-Segment wird im Prognosezeitraum voraussichtlich das am schnellsten wachsende Segment erleben, was auf die Entstehung der Herstellung von Siliziumkarbid-Wafern im kommerziellen Maßstab zurückzuführen ist. Diese Wafer erleichtern die Herstellung von Geräten aus Galliumnitrid (GaN), wie etwa Stromversorgungen und Leuchtdioden.

Darüber hinaus verlangsamt die Verwendung einer Siliziumkarbidbeschichtung die Diffusion von Silizium in GaN, und zwar zu Kosten von lediglich 25,0 bis 35,0 USD pro Silizium-Wafer. Im Vergleich zu gewöhnlichem Silizium werden Siliziumkarbid-Wafer voraussichtlich eine höhere Kosteneffizienz und Energieeffizienz bieten und so das Wachstum des Segments im Prognosezeitraum vorantreiben.

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Länder-/Regionenspezifische Kenntnisse

Wie fördern die zunehmenden Investitionen in Fertigungsaktivitäten das Wachstum des Marktes für Siliziumkarbid-Halbleiter im asiatisch-pazifischen Raum?

Der asiatisch-pazifische Raum dominiert den Markt für Siliziumkarbid-Halbleiter erheblich und dürfte sein Wachstum im Prognosezeitraum aufgrund der Präsenz wichtiger Branchenakteure in der Region fortsetzen. Darüber hinaus sind wachsende Investitionen in Entwicklungs- und Fertigungsaktivitäten im gesamten asiatisch-pazifischen Raum wichtige Treiber des Marktwachstums. Die rasante Entwicklung der Automobilindustrie in der gesamten Region treibt das Wachstum von Siliziumkarbid-Halbleitern in der Region an. Indien strebt dementsprechend an, die Größe seiner Automobilindustrie bis Ende 2024 auf 15 Billionen Rupien zu verdoppeln. Von April 2000 bis September 2022 zog die Branche ausländische Direktinvestitionen in Höhe von insgesamt 33,77 Milliarden US-Dollar an, was etwa 5,48 % der gesamten ausländischen Direktinvestitionen Indiens im gleichen Zeitraum ausmachte.

Die kumulierten ausländischen Direktinvestitionen im Automobilsektor erreichten zwischen April 2000 und September 2023 35,40 Milliarden US-Dollar. Indien wird sich bis 2030 zum größten Markt für Elektrofahrzeuge entwickeln, mit einem geschätzten Investitionspotenzial von über 200 Milliarden US-Dollar in den nächsten 8 bis 10 Jahren. Dieses erhebliche Investitionspotenzial unterstreicht das Engagement des Landes, das Wachstum und die Entwicklung des Elektrofahrzeugsektors zu fördern. Darüber hinaus ist Chinas Automobilindustrie stark gewachsen und das Land ist heute ein wichtiger Akteur auf dem globalen Automobilmarkt. Die chinesische Regierung erkennt die strategische Bedeutung des Automobilsektors, insbesondere der Autoteileherstellung, an und betrachtet ihn als eine der tragenden Branchen des Landes. Dieser Standpunkt unterstreicht das Engagement der Regierung, die Entwicklung und das Wachstum der chinesischen Automobilindustrie zu fördern.

Darüber hinaus ist die Region ein bedeutender Elektronik-Hub, der jedes Jahr Millionen elektronischer Waren sowohl für den internationalen Export als auch für den Inlandsverbrauch produziert. Dieses große Produktionsvolumen an elektronischen Komponenten und Geräten ist entscheidend für die Steigerung des Marktanteils des untersuchten Marktes innerhalb der Region. Laut der chinesischen Regierung erreichte beispielsweise die Mobiltelefonproduktion Chinas im Jahr 2023 von Januar bis September 1,09 Milliarden Einheiten, was einer Steigerung von 0,8 Prozent gegenüber dem Vorjahr entspricht. Insbesondere im September allein stieg die Mobiltelefonproduktion Chinas im Vergleich zum Vorjahr um 11,8 Prozent. Darüber hinaus treibt die wachsende Nachfrage nach SiC-Halbleitern mit höherer Effizienz, kleinerer Größe und geringerem Gewicht von verschiedenen Endverbraucherherstellern im asiatisch-pazifischen Raum die Marktexpansion voran.

Wie trägt die Präsenz wichtiger Akteure in der Region zum Wachstum des nordamerikanischen Marktes für Siliziumkarbid-Halbleiter während des Prognosezeitraums bei?

Nordamerika wird voraussichtlich während des Prognosezeitraums die am schnellsten wachsende Region im Markt für Siliziumkarbid-Halbleiter sein. Wichtige Akteure wie Gene Sic Semiconductor und ON SEMICONDUCTOR CORPORATION (ON Semi) sind stark vertreten und konzentriert. Diese Unternehmen verfügen über große Kundenstämme, die wichtige Treiber der Marktexpansion in der Region sind. Darüber hinaus fördert die Konzentration wichtiger Akteure in Nordamerika die Einführung neuartiger SiC-Halbleitergeräte durch Hersteller von Leistungselektronik. Diese Geräte bieten eine höhere Effizienz, was zu einer Entwicklung hin zu ihrer Verwendung in einer Vielzahl von Anwendungen führt.

Darüber hinaus erkunden wichtige regionale Unternehmen aggressiv strategische Möglichkeiten, um das Wachstum auf dem nordamerikanischen Markt voranzutreiben. Diese Aktivitäten können Investitionen in F&E, strategische Kooperationen oder Kapazitätswachstum umfassen, um Innovation und Marktdurchdringung zu beschleunigen. Infolgedessen wird erwartet, dass Nordamerika in den kommenden Jahren als einer der größten Halbleitermärkte in der Welt hervortreten wird, da dort der Markt für Siliziumkarbid-Halbleiter eine erhebliche Expansion erleben wird.

Wettbewerbslandschaft

Der Markt für Siliziumkarbid-Halbleiter wird voraussichtlich weiterhin wachsen und sich konsolidieren. Etablierte Akteure werden voraussichtlich ihre Vorherrschaft behalten, während neue Marktteilnehmer mit disruptiven Technologien auftauchen könnten. Kooperationen und strategische Partnerschaften werden eine Schlüsselrolle bei der Beschleunigung von Fortschritten und der Förderung der Marktexpansion spielen. Da die Kosten für SiC sinken und seine Leistungsvorteile deutlicher werden, wird es wahrscheinlich zu einer allgegenwärtigen Komponente in der Leistungselektronik der nächsten Generation werden und die Zukunft verschiedener Branchen prägen.

Die Organisationen konzentrieren sich auf die Innovation ihrer Produktlinie, um die breite Bevölkerung in unterschiedlichen Regionen zu bedienen. Zu den führenden Akteuren auf dem Markt für Siliziumkarbid-Halbleiter gehören

• Wolfspeed
• Infineon Technologies
• ROHM Semiconductor
• ON Semiconductor
• STMicroelectronics
• Mitsubishi Electric
• GeneSiC Semiconductor
• TT Electronics
• Vishay Intertechnology

Neueste Entwicklungen bei Siliziumkarbid-Halbleitern

• Im August 2021 gab ON Semiconductor Corporation (ON Semi) einen Übernahmevertrag mit GT Advance Technologies Inc. bekannt, einem bekannten Hersteller von SiC- und Saphirmaterialien. Diese strategische Entscheidung dürfte die SiC-Lieferkapazitäten von ON Semi stärken und es dem Unternehmen ermöglichen, die steigende Kundennachfrage nach SiC-basierten Produkten zu erfüllen.
• Toshiba Electronic Components and Storage Co., Ltd. kündigte im März 2022 eine Investition von 100 Milliarden JPY (839 Millionen USD) an, um seine Kapazität für Leistungskomponenten zu erhöhen.

Berichtsumfang

Markt für Siliziumkarbid-Halbleiter nach Kategorie

Produkttyp

• SiC-Leistungsgeräte
• SiC-Leistungsmodule
• SiC-Leistungsdiskrete Geräte
• SiC Bare-Die-Geräte

Anwendung

• Automotive
• Luft- und Raumfahrt
• Luft- und Raumfahrt und Verteidigung
• Verbraucherelektronik
• Industrie
• Leistungselektronik

Wafergröße

• 1 Zoll bis 4 Zoll
• 6 Zoll
• 8 Zoll
• 10 Zoll oben

Region

• Nordamerika
• Europa
• Asien-Pazifik
• Südamerika
• Naher Osten & Afrika

Forschungsmethodik der Marktforschung

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Gründe für den Kauf dieses Berichts

Qualitative und quantitative Analyse des Marktes basierend auf der Segmentierung i