シリコンカーバイド半導体市場の評価 – 2024-2031

SiC はシリコンよりもオン抵抗が低いため、動作中のエネルギー損失が低減し、全体的な効率が向上します。シリコンと比較して SiC の高いブレークダウン フィールドにより、パワー デバイスのブロッキング電圧領域を約 10 倍薄くし、10 倍の濃度でドーピングすることができます。この構成により、同じ電圧定格でブロッキング領域の抵抗を約 100 倍削減できるため、パフォーマンスと効率が向上します。このように、SiC 半導体は全体的な効率を向上させ、市場規模は 2024 年に 8 億 293 万ドルを超え、2031 年には 36 億 1,424 万ドル

SiC デバイスは、一般的なシリコン デバイスよりも高い電圧アプリケーションに対応できます。この機能により、潜在的なアプリケーションの範囲が広がり、パワーエレクトロニクスの設計の自由度が向上します。したがって、SiC半導体はより高い電圧動作を処理できるため、市場は2024年から2031年にかけて15.90%のCAGRで成長すると予想されます。

シリコンカーバイド半導体市場定義/概要

シリコンカーバイド (SiC) 半導体は、シリコンカーバイドを半導体材料として使用する電子デバイスです。 SiC 半導体は、標準的なシリコンベースの半導体に比べて独特の特徴と利点があるため、さまざまな用途、特にパワーエレクトロニクスで使用されています。

シリコンカーバイド (SiC) は、シリコン (Si) と炭素 (C) から構成される化合物半導体で、ワイドバンドギャップ (WBG) クラスの材料に属します。その強力な物理的結合により、半導体は優れた機械的、化学的、熱的安定性を備えています。バンドギャップが広く、耐熱性が向上した SiC デバイスは、シリコンよりも高い接合温度 (200°C を超える温度) でも動作できます。

パワーアプリケーションにおけるシリコンカーバイドの基本的な利点は、ドリフト領域抵抗が低いことです。これは、高電圧パワーデバイスにとって重要です。シリコンカーバイドベースの半導体は、熱伝導率が高く、電子移動度が高く、電力損失が低くなっています。SiC ダイオードとトランジスタは、信頼性を維持しながら、高周波数と高温で動作できます。

SiC 半導体は、パワーエレクトロニクスに革命をもたらし、より持続可能な未来に貢献する大きな可能性を秘めています。材料科学、統合技術の継続的な改善、エネルギー効率への重点の高まりにより、SiC が将来の技術の基盤コンポーネントになるための道が開かれます。

エレクトロニクス、自動車、再生可能エネルギー産業におけるシリコンカーバイドの採用増加が、シリコンカーバイド半導体市場の成長をどのように加速させているか?

エレクトロニクス、自動車、再生可能エネルギー産業におけるシリコンカーバイド半導体の採用増加は、高温と高電圧への効率的な対応によるものです。シリコンカーバイド半導体は、高出力アプリケーションでより優れた性能を発揮します。SiC の広いバンドギャップエネルギーと低い固有キャリア濃度により、シリコンよりも大幅に高い温度で半導体の挙動を示すことができます。その結果、SiC 半導体デバイスは、シリコンベースのデバイスに比べてはるかに高い温度でも効果的に機能します。

冷却されていない高温半導体電子機器を高温環境に直接統合できる機能は、自動車、航空宇宙、深井戸掘削などの業界に大きな利点をもたらします。SiC の高い破壊電界と熱伝導性、および高い接合温度での動作能力を組み合わせることで、理論的には SiC デバイスは極めて高い電力密度と効率を実現できます。

SiC 高出力ソリッドステート スイッチは、電力管理と制御の効率を大幅に向上させる可能性があります。SiC 電子機器を活用することで、公共電力システムは、追加の発電所を必要とせずに、増加する消費者の電力需要を満たすことができます。さらに、「スマート」な電力管理システムを実装することで、電力品質と運用の信頼性を向上させることができます。

SiC は運用の信頼性を高め、メンテナンス コストを削減し、燃料効率を向上させるため、SiC 航空および電子機器業界の成長が加速しています。高温、高出力の SiC デバイスの非冷却動作は、航空機システムの画期的な進歩を可能にする可能性があります。ジェット機は、油圧制御と補助動力装置を、過酷な環境条件に耐えられる分散型スマート電気機械制御に置き換えることで、大幅な重量削減を実現します。この変更により、メンテナンス要件の低減、排出量の削減、燃料効率の向上、運用信頼性の向上が期待できます。

さらに、温室効果ガスの排出と環境への懸念を軽減することを目的とした政府の法律により、電気自動車への世界的な移行が推進されています。SiC 半導体の需要は、電気自動車 (EV) 業界の高速充電、走行距離の延長、全体的なパフォーマンスの向上に対するニーズによって推進されており、これらはすべて SiC ベースのパワーエレクトロニクスによって実現されます。電気自動車、再生可能エネルギー源、エネルギー効率の高い技術の使用を促進するために、世界中の政府と規制機関がインセンティブと補助金を提供しています。これらの活動により参入障壁が下がり、需要が高まり、SiC 半導体産業の拡大につながる環境が醸成されます。

SiC の高コストがシリコンカーバイド半導体市場の成長を妨げている理由

SiC 半導体は、多くの場合、シリコンベースの半導体よりも高価です。この初期投資により、特にコストに敏感なビジネスのユーザーは購入をためらう可能性があります。これは、SiC ベースのシステムでは、電源モジュールやデバイスなどの高価なコンポーネントが必要になるためです。SiC ウェハーとデバイスの生産能力は、シリコンベースの代替品よりも低くなっています。業界全体で SiC 半導体の需要が高まると、供給のボトルネックが発生し、リードタイムが長くなり、製品の開発と展開に支障が生じる可能性があります。SiC ウェハーとデバイスの製造は、シリコンベースの半導体製造よりも複雑で、リソースを大量に消費するプロセスです。この複雑さにより製造コストが上昇し、特に大規模生産では製品品質の一貫性の確保に問題が生じる可能性があります。

特にシリコンベースの技術が主流の業界では、既存のシステムやインフラに SiC ベースのコンポーネントを統合すると、互換性の問題が発生する可能性があります。SiC 半導体の特殊な電気的特性や熱的特性に対処するために、追加のエンジニアリング作業や資金調達が必要になることが多く、これが採用率の妨げとなる可能性があります。世界の SiC 半導体業界は、複数のメーカーやサプライヤーが存在することで特徴付けられ、市場の断片化と激しい競争が生じています。この競争環境は、特に強力な技術的優位性や際立った特徴を持たない企業にとって、価格と利益率に圧力をかける可能性があります。

SiC 半導体メーカーは、特に自動車や航空機などの安全性が重要なアプリケーションでは、業界標準や規制の制限に準拠することが困難になる可能性があります。煩雑な認証基準を満たすと、コストとリードタイムが増加し、SiC ベース システムの市場競争力が低下する可能性があります。多くの点でシリコンベースのライバルを上回っているにもかかわらず、潜在的な購入者は SiC 半導体の寿命と長期的な信頼性について懸念し続けています。広範な採用を実現するには、厳格なテストと検証手順を通じて、SiC デバイスの信頼性と寿命に対する信頼を築く必要があります。

カテゴリごとの洞察力

e モビリティ、多様な産業アプリケーションがシリコンカーバイド半導体の SiC パワーモジュールセグメントをどのように推進しているか?

SiC パワーモジュールセグメントは、エネルギー、e モビリティ、産業セクターでの多様なアプリケーションにより、シリコンカーバイド半導体市場を支配しています。これらのモジュールは、効率的な電力変換スイッチとして機能し、電力効率を高め、運用コストを削減します。また、シリコンカーバイドパワーモジュールをショットキーバリアダイオードと金属酸化物半導体電界効果トランジスタ (MOSFET) と組み合わせると、シリコンベースの代替品よりもスイッチング損失が大幅に削減されます。この利点は、予測期間中に市場の大幅な成長を促進する可能性があります。

シリコンカーバイドパワーモジュールの人気の高まりにより、企業は新製品を発売するようになり、カテゴリの成長が加速しています。たとえば、ON SEMICONDUCTOR CORPORATION（ON Semi）は、電気自動車の高電圧DC-DC変換用に設計されたAPM32パワーモジュールシリーズを開発しました。これは、このセグメントが革新と拡大の傾向にあることを示しています。さらに、SiCパワーモジュールは変換効率を高め、Si-IGBTやSI-FRDと比較してスイッチング損失を大幅に削減できます。

SiCモジュールは、ヒートシンクや冷却システムを小型で安価にすることで、熱管理を簡素化します。水冷や強制空冷を自然冷却方式に置き換えることもできます。SiCモジュールのスイッチング周波数の向上により、インダクタやコンデンサなどの受動部品の小型化が可能になります。さらに、多数キャリアデバイスを使用するSiCモジュールは、温度変化によるスイッチング損失の変化が最小限に抑えられます。高温になると閾値電圧は低下しますが、SiC パワーモジュールは動作温度が上昇するにつれて Eon が低くなり、Eoff がわずかに高くなる傾向があります。

さらに、SiC モジュールはスイッチング損失が無視できるほど小さく、高電流を処理しながら高速スイッチングをサポートしているため、定格電流の高い IGBT モジュールを置き換えることができます。ただし、モジュールまたはその周辺の配線インダクタンスによって発生するサージ電圧 (V=-L×dI/dt) が定格電圧を超える可能性があるため、設計および実装時に慎重に検討する必要があります。

生産コストの削減により、シリコンカーバイド半導体市場の 1 インチおよび 4 インチセグメントの成長が急増していますか?

1 インチから 4 インチのセグメントは、デバイス生産の削減に貢献するツールのおかげで、シリコンカーバイド半導体市場で大幅に優位になっています。化学気相成長 (CVD) を採用することで、SiC エピ ウェーハの表面欠陥が少なくなり、歩留まりが向上します。このサイズ範囲には、厚さ 350 ± 25 マイクロメートルの N タイプおよび P タイプのウェーハが含まれます。

P タイプ基板のシリコンカーバイドウェーハは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタなどのパワーデバイスの製造に適しています。対照的に、N タイプ基板は窒素で処理され、パワーデバイスの導電性が向上します。これらのバージョンは、優れた機械的品質だけでなく、現在のデバイス製造手順との互換性も提供します。

さらに、1 ～ 4 インチのシリコンカーバイドウェーハは大量生産が可能であるため、手頃な価格で提供され、産業用途で需要が高まっています。機器のサイズを縮小する能力により魅力が高まり、予測期間中の使用が増加する見込みです。

商用規模のシリコンカーバイドウェーハ製造の採用増加が、シリコンカーバイド半導体市場の10インチセグメントの成長をどのように促進しているか?

10インチセグメントは、商用規模のシリコンカーバイドウェーハ製造の出現により、予測期間中に最も急速に成長するセグメントになると予想されています。これらのウェーハにより、電源や発光ダイオードなどの窒化ガリウム (GaN) デバイスの製造が容易になります。

さらに、シリコンカーバイドコーティングを使用すると、シリコンウェーハ1枚あたりのコストがわずか25.0～35.0米ドルで、シリコンのGaNへの拡散が遅くなります。通常のシリコンと比較して、シリコンカーバイドウェーハは、より高い費用対効果と電力効率を提供し、予測期間中にセグメントの成長を促進することが期待されています。

シリコンカーバイド半導体市場レポートの方法論へのアクセス

国/地域別の洞察力

製造活動への投資の増加がアジア太平洋地域のシリコンカーバイド半導体市場の成長を急増させている理由

アジア太平洋地域はシリコンカーバイド半導体市場をほぼ独占しており、この地域に主要な業界プレーヤーが存在するため、予測期間中も成長を続けると予想されます。さらに、アジア太平洋地域全体での開発および製造活動への投資の増加は、市場成長の重要な原動力です。この地域での自動車産業の急速な発展は、同地域のシリコンカーバイド半導体の成長を促進しています。インドによると、2024年末までに自動車産業の規模を2倍の150万ルピーに拡大することを目標としています。2000年4月から2022年9月まで、この業界は合計337億7,000万ドルのFDI流入を集めており、同期間のインドの総FDI流入の約5.48％を占めています。

自動車部門への累積株式FDI流入は、2000年4月から2023年9月の間に354億ドルに達しました。インドは2030年までに最大のEV市場として浮上する態勢が整っており、今後8〜10年間で2,000億ドルを超える投資機会が見込まれています。この大きな投資可能性は、電気自動車部門の成長と発展を促進するという中国の取り組みを強調しています。さらに、中国の自動車産業は大きく成長し、今や世界自動車市場の主要プレーヤーとなっています。中国政府は自動車部門、特に自動車部品製造の戦略的重要性を認識しており、それを国の基幹産業の1つと見なしています。この観点は、中国自動車産業の発展と成長を促進するという政府の取り組みを強調しています。

さらに、この地域は重要なエレクトロニクスハブであり、毎年、国際輸出と国内消費の両方のために何百万もの電子製品を生産しています。電子部品とデバイスのこの大規模な製造量は、地域内の調査対象市場の市場シェアを拡大する上で重要です。たとえば、中国の統計局によると、2023年の中国の携帯電話生産台数は1月から9月までに10億9000万台に達し、前年比0.8％増加しました。具体的には、9月だけで、中国の携帯電話の生産量は前年比11.8％急増しました。さらに、アジア太平洋地域のさまざまな最終用途メーカーからの、より高効率、小型、軽量の SiC 半導体に対する需要の高まりが、市場拡大を牽引しています。

予測期間中、この地域の主要企業の存在が北米のシリコンカーバイド半導体市場の成長にどのように貢献していますか?

予測期間中、北米はシリコンカーバイド半導体市場で最も急速に成長する地域になると予想されています。Gene Sic Semiconductor や ON SEMICONDUCTOR CORPORATION (ON Semi) などの主要企業は、大きな存在感と集中力を持っています。これらの企業は大規模な顧客基盤を持っており、それがこの地域の市場拡大の重要な原動力となっています。さらに、北米の主要企業が集中していることで、パワーエレクトロニクスメーカーによる新しい SiC 半導体デバイスの採用が促進されています。これらのデバイスは効率性を高め、さまざまなアプリケーションでの使用へと移行しています。

さらに、主要な地域企業は、北米市場での成長を促進するための戦略的取り組みを積極的に模索しています。これらの活動には、R&Dへの投資、戦略的コラボレーション、または生産能力の拡大が含まれる可能性があり、すべてイノベーションと市場浸透を加速するためのものです。その結果、北米は今後数年間でSiC半導体市場が大幅に拡大すると予想されます。

競争環境

シリコンカーバイド半導体市場は、継続的な成長と統合が見込まれます。既存のプレーヤーは優位性を維持すると予想されますが、破壊的な技術を持つ新規参入者が出現する可能性があります。コラボレーションと戦略的パートナーシップは、進歩を加速し、市場拡大を促進する上で重要な役割を果たします。SiCのコストが下がり、そのパフォーマンス上の利点がより明らかになるにつれて、SiCは次世代のパワーエレクトロニクスのユビキタスコンポーネントになり、さまざまな業界の未来を形作る可能性があります。

組織は、さまざまな地域の膨大な人口にサービスを提供するために、製品ラインの革新に注力しています。シリコンカーバイド半導体市場で活動している著名な企業には、以下の企業が含まれます。

• Wolfspeed
• Infineon Technologies
• ROHM Semiconductor
• ON Semiconductor
• STMicroelectronics
• 三菱電機
• GeneSiC Semiconductor
• TT Electronics
• Vishay Intertechnology

シリコンカーバイド半導体の最新動向

• 2021 年 8 月、ON Semiconductor Corporation (on semi) は、SiC およびサファイア材料の有名メーカーである GT Advance Technologies Inc. との買収契約を発表しました。この戦略的決定により、オン・セミコンダクターのSiC供給能力が強化され、SiCベースの製品に対する顧客の需要の高まりに対応できるようになると期待されています。
• 東芝電子部品ストレージ株式会社は、2022年3月にパワーコンポーネントの能力を強化するために1,000億円（8億3,900万米ドル）の投資を発表しました。

レポートの範囲

シリコンカーバイド半導体市場、カテゴリ別

製品タイプ

• SiC パワーデバイス
• SiC パワーモジュール
• SiC パワーディスクリートデバイス
• SiC ベアダイデバイス

アプリケーション

• 自動車
• 航空宇宙
• 航空宇宙および防衛
• 家電
• 産業
• パワーエレクトロニクス

ウェハサイズ

• 1インチ～4インチ
• 6インチ
• 8 インチ
• 10 インチ以上

地域

• 北アメリカ
• ヨーロッパ
• アジア太平洋
• 南アメリカ
• 中東および地域。アフリカ

市場調査の研究方法

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セグメンテーションに基づく市場の定性的および定量的分析