Marktbericht für SiC-Wafer: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Wafergröße (2, 3 und 4 Zoll, 6, 8 und 12 Zoll), Anwendungen (Leistungselektronik, Hochfrequenztechnik (HF), Sonstige Anwendungen), Endverbraucherbranchen (Telekommunikation und Kommunikation, Elektrofahrzeuge (EVs), Photovoltaik/Stromversorgung/Energiespeicherung, Industrie (USV und Motorantriebe usw.), Sonstige Endverbraucherbranchen) und Regionen (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika). Prognosen für 2025–2033.

Wachstumsfaktor des SiC-Wafer-Marktes

Zunehmender Marktanteil von Elektrofahrzeugen und der Trend hin zu Hochvolt-Elektrofahrzeugarchitekturen

Laut IEA-Daten gab es 2020 in den USA mehr als dreimal so viele öffentlich zugängliche Ladestationen wie 2015, als es weniger als 32.000 waren. Die IEA prognostizierte, dass die Zahl – abhängig von staatlichen Maßnahmen – bis zum Ende des Jahrzehnts deutlich von 800.000 auf 1,7 Millionen steigen würde. Die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen mit kürzeren Ladezeiten und größerer Reichweite hat den Übergang der Automobilindustrie zu Hochvolt-Plattformen beschleunigt. Namhafte Hersteller haben Modelle mit 800-V-Ladearchitektur auf den Markt gebracht, darunter der Audi Q6 e-tron, der Porsche Taycan und der Hyundai Ioniq 5.

Die Nachfrage nach Siliziumkarbid-Wafern (SiC) im weltweiten Automobilmarkt dürfte aufgrund der steigenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen und der Umstellung auf Hochvolt-800-V-Batterien zunehmen. Porsches Premium-Elektrofahrzeug Taycan, das erste Fahrzeug eines großen Automobilherstellers mit einer 800-V-Batterie, wurde über 20.000 Mal ausgeliefert. Der Zulieferer Delphi Technologies gab im September 2020 bekannt, 800-V-Wechselrichter an einen Hersteller von Luxus-Elektrofahrzeugen zu liefern. Die Liefervereinbarung soll voraussichtlich 2024 für die gesamte Elektrofahrzeugpalette des Herstellers in Kraft treten.

Marktbeschränkung

Begrenzende Einschränkungen, wie Skalierbarkeit, Wärmeableitung und verpackungsbedingter Druck auf die Chip- und Substratversorgung

Auf einem größeren Wafer stehen mehr Chips pro Flächeneinheit zur Verfügung. In Halbleiterfertigungsanlagen und OSATs (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) bietet der zusätzliche Platz die Möglichkeit, mehr Chips herzustellen und zu testen bzw. zu montieren. Dadurch beschleunigt sich die Entwicklung und Montage neuer Produkte. Auch die Lieferkette profitiert von der größeren Wafergröße. STMicroelectronics produziert SiC-Produkte auf zwei 150-mm-Waferlinien in Catania (Italien) und Ang Mo Kio (Singapur). STMicroelectronics plant, bis 2024 eine neue SiC-Substratanlage zu errichten und mehr als 40 % der SiC-Substrate intern zu beziehen. Dazu gehört auch die Umstellung auf die Serienproduktion von 200-mm-SiC-Wafern. SiC-Wafer gelten als vielversprechendes Material für Elektrofahrzeuge und deren Ladeinfrastruktur sowie für die Erzeugung und Verteilung von sauberem Strom. Angesichts der wachsenden Endanwendungen eröffnen die bestehenden Herausforderungen dem Markt enorme Entwicklungsperspektiven.

Marktchance

Steigende Nachfrage nach SiC-Wafern in Leistungselektronikschaltern und LED-Beleuchtungseinrichtungen

Im Herstellungsprozess werden spezielle SiC-Wafer und -Substrate gefertigt, die anschließend in der Halbleiterfertigung zu SiC-basierten Leistungshalbleitern verarbeitet werden. In der Leistungselektronik, wo die Komponenten den Stromfluss in Systemen umwandeln und regeln, finden zahlreiche SiC-basierte Leistungshalbleiter Anwendung. Leistungselektronik ist für die weltweite elektrische Infrastruktur von entscheidender Bedeutung. Die Technologie wird in Computern, erneuerbaren Energien (Solar, Wind), in der Industrie (Motorantriebe) und im Transportwesen (Autos, Züge) (Stromversorgungen) eingesetzt.

Eine weitere Anwendung von SiC ist die LED-Produktion. Wechsel- und Gleichströme werden in der Leistungselektronik transformiert bzw. umgewandelt. Der Marktwandel hin zu SiC-basierter Leistungselektronik – einem Halbleiter mit großer Bandlücke, der kleinere, effizientere und kostengünstigere Leistungselektronik als moderne Silizium-basierte Geräte ermöglicht – wird auch durch die Elektrifizierung der Verkehrsinfrastruktur vorangetrieben. SiC-Halbleiter gewinnen aufgrund ihrer Vorteile zunehmend an Bedeutung. Unternehmen konzentrieren sich auf die Produktion von SiC-Leistungshalbleitern, um die steigende Nachfrage zu decken. Bosch hat den Start der Serienproduktion von SiC-Leistungshalbleitern angekündigt.

Segmentanalyse

Nach Wafergröße

Das Segment der 2-, 3- und 4-Zoll-Wafer trägt am meisten zum Markt bei und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 14,2 % wachsen. Kleinere SiC-Wafer sind für Hersteller teurer, da die Integration weiterer Halbleiter aufwendiger ist. SiC-Wafer gelten als neues Material für eine kohlenstoffarme Gesellschaft. Im Gegensatz zu Siliziumwafern werden Halbleiterbauelemente wie Transistoren, Dioden und andere Komponenten aus Siliziumwafern hergestellt. SiC reduziert den Leistungsverlust in elektronischen Geräten um bis zu 50 %. Dank seiner hervorragenden Hitzebeständigkeit und Hochspannungseigenschaften eignet es sich für Hochspannungs- und Hochtemperaturanwendungen in der Automobilindustrie (Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge usw.), der Photovoltaik und anderen Bereichen der Leistungselektronik. Aktuell werden 6-Zoll-SiC-Substrate verwendet, 8-Zoll-Wafer befinden sich in der Entwicklung. 4-Zoll-Wafer sind jedoch weiterhin weit verbreitet. Die Kostensenkung hat sich nicht wesentlich verbessert, und der Austausch von Anlagen erfordert weitere Investitionen. Zudem bieten 6-Zoll-Wafer derzeit einen deutlichen Effizienzvorteil in der Produktion.

Die Entwicklung von 150-mm-SiC-Wafern (6 Zoll) war ein entscheidender Faktor für die breite Marktakzeptanz dieser Technologie. Dadurch konnten stillgelegte 150-mm-Silizium-Produktionslinien genutzt werden, die für die Herstellung von Siliziumkarbid-Wafern gemäß den erforderlichen Kriterien angepasst werden konnten. Dies ermöglichte die Realisierung von Skaleneffekten in der Fertigung. Um die Marktakzeptanz von SiC für bipolare Bauelemente zu verbessern, wurden leistungsfähigere Bauelemente mit höherer Nennspannung entwickelt. Diese minimieren lang anhaltende Kristallfehler und optimieren Oberflächenform und -ebenheit – zwei entscheidende Faktoren für Lithographieprozesse. Die geringe Dichte an Mikrorohrdefekten wurde durch die Feinabstimmung der Keimselektion und der Entwicklungsverfahren erfolgreich erreicht. Dow Corning beispielsweise löste diese Herausforderungen und lieferte 150-mm-SiC-Substrate mit Werten für Verformung, Wölbung und Dickenabweichung, die den Industriestandards für die Handhabung in den Produktionslinien entsprachen. Um die aktuellen und zukünftigen Herausforderungen der Elektronikindustrie zu bewältigen, produziert und vertreibt Dow Corning 4H-SiC-Wafer mit 150 mm Durchmesser.

Durch Anwendungen

Das Leistungssegment hält den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 15,7 % wachsen. Leistungselektronische Schalter, eine ihrer wichtigsten Komponenten, werden aus Siliziumkarbid-Wafern (SiC) gefertigt. Da diese Schalter hohe Ströme führen, ist die Verwendung robuster Materialien wie SiC unerlässlich. Entscheidend ist die Eignung von Wafern mit guter Wärmeleitfähigkeit und niedrigem elektrischem Widerstand. Dies ermöglicht zudem eine Reduzierung von Größe und Gewicht der Schalter. Aufgrund der hohen Marktnachfrage und des anhaltenden Trends zu SiC-Wafern haben Unternehmen ihre SiC-Produktionsprozesse optimiert. Die Substrat-Lieferkette kann modernisiert werden, um die steigende Nachfrage nach Hochleistungslösungen schnell zu decken.

Darüber hinaus ist eine Leistungssteigerung aufgrund der physikalisch-elektrischen Eigenschaften von Silizium unmöglich, und entsprechende Forschungsarbeiten wären aufgrund der hohen Investitionskosten unrentabel. Das Interesse an Siliziumkarbid-Wafern hat in letzter Zeit zugenommen, da dieser Halbleiter eine höhere Belastbarkeit ermöglicht. Diese Eigenschaften werden durch die Kombination von höherer Leistungsdichte und besserer Effizienz erzielt. Zahlreiche aktuelle und zukünftige kommerzielle Anwendungen, die SiC-Technologie nutzen – wie Schaltnetzteile, Wechselrichter für Solar- und Windenergieanlagen, industrielle Motorantriebe, Hybrid- und Elektrofahrzeuge sowie die Leistungsschaltung in intelligenten Stromnetzen – tragen zum globalen Wachstum des SiC-Wafer-Marktes bei.

SiC-Bauelemente finden zunehmend Anwendung in Mobilfunkbasisstationen und Hochfrequenzanwendungen. Eine günstige Regierungspolitik zur Förderung erneuerbarer Energien dürfte den Markt zusätzlich ankurbeln. Geräte mit SiC-Substraten in HF-Leistungsanwendungen generieren Umsätze von bis zu 330 Millionen US-Dollar. Der Absatz steigt rasant aufgrund des verstärkten Einsatzes in zahlreichen Bereichen. Militär, Regierungen und private Unternehmen konkurrieren um die fortschrittlichsten Technologien. Viele HF-Geräte, beispielsweise für die innere Sicherheit und Verteidigung, stellen jedoch hohe Anforderungen, die für den kommerziellen Sektor oft nicht realisierbar sind. Diese Voraussetzung unterstreicht die Bedeutung von Forschung und Entwicklung. Die Hochfrequenzindustrie (HF) bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, darunter 5G- und Smartphone-Hardware, das Militär und die Automobilindustrie. Die Nachfrage nach Produkten für die direkte drahtlose Kommunikation und die steigende Beliebtheit von Unterhaltungselektronik haben die Entwicklung des HF-Technologiesektors beschleunigt. Dies sind einige der Faktoren, die das Wachstum des SiC-Wafer-Marktes fördern.

Nach Endverbraucherbranche

Der Telekommunikations- und Kommunikationssektor ist der größte Wachstumstreiber und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 15,7 % wachsen. Die Technologie entwickelt sich rasant. Um diesen technischen Anforderungen gerecht zu werden, ist im Elektroniksektor mit einer hohen Nachfrage nach SiC-Wafern zu rechnen. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Unternehmen der Halbleiterindustrie innovative Technologien entwickeln und kontinuierlich weiterentwickeln. Leistungshalbleiter sind stark nachgefragt, da Telekommunikationsunternehmen den Ausbau superschneller 5G-Netze vorantreiben. Siliziumkarbid-Wafer (SiC-Wafer) sind äußerst robust, hitzebeständig und hochspannungsfest. Aufgrund dieser Eigenschaften werden Wafer häufig zur Herstellung von Leistungshalbleitern für 5G-Netze und Elektrofahrzeuge eingesetzt, wo Energieeffizienz von entscheidender Bedeutung ist. Der Bedarf an Leistungshalbleitern steigt stetig, da Telekommunikationsunternehmen 5G-Netze mit rasanten Geschwindigkeiten aufbauen. SiC-Wafer zeichnen sich durch hohe Härte, Hitzebeständigkeit und Hochspannungsfestigkeit aus. Diese Eigenschaften machen Wafer zu einem beliebten Fertigungswerkzeug für Leistungshalbleiter in 5G-Netzen und Elektrofahrzeugen, wo Energieeffizienz von zentraler Bedeutung ist.

Um Klimaneutralität und Netto-Null-Emissionen zu erreichen, haben mehrere Regierungen ein Datum für die Abschaffung benzinbetriebener Fahrzeuge festgelegt und damit Anreize für Automobilhersteller geschaffen, den Umstieg auf Elektrofahrzeuge zu beschleunigen. Siliziumkarbid (SiC), ein hochmodernes Material, wird in verschiedenen Anwendungen anstelle von Silizium (Si) eingesetzt. Darüber hinaus wurden Anstrengungen unternommen, Gewicht und Preis der Fahrzeuge zu senken und gleichzeitig Effizienz und Reichweite von Elektrofahrzeugen (EVs) zu erhöhen. Mit der steigenden Leistungsdichte der Steuerelektronik entstand die Idee, SiC für EVs zu verwenden. Schätzungen zufolge kann SiC die Reichweite von EV-Batterien im Vergleich zu Si um 20 % verlängern, und SiC-Ladegeräte können die Ladezeit aufgrund ihrer höheren Energieeffizienz um 30 % verkürzen. Da der Bedarf an Elektrofahrzeugen und Schnellladestationen steigt, könnte auch der Bedarf an SiC-Wafern zunehmen. Schnellladestationen verwenden SiC. Bis 2024 werden voraussichtlich weltweit 3,3 Millionen Einheiten installiert sein; Siliziumkarbid könnte einen beträchtlichen Anteil an diesem Markt ausmachen. Je nach Leistungsfähigkeit des Ladegeräts enthalten verschiedene Ladegeräte unterschiedliche Mengen an SiC.

Regionalanalyse

Nordamerika: Dominante Region

Nordamerika ist der wichtigste Umsatzträger und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 15,7 % wachsen. Nordamerika ist führend bei der Einführung neuer Technologien in der Halbleiterfertigung, im Design und in der Forschung. Es bestehen starke Korrelationen zwischen der Expansion von Endverbraucherbranchen wie der Automobil-, Energie-, IT- und Telekommunikations-, Militär- und Luftfahrtindustrie sowie der Unterhaltungselektronik und dem Wachstum der SiC-Wafer-Industrie in Nordamerika. Der Energiesektor könnte sich dank der Siliziumkarbid-Technologie grundlegend verändern und lokale Unternehmen zu Investitionen in die Entwicklung neuer Produkte anregen. Verschiedene Gruppen, darunter auch staatliche Stellen, arbeiten in diesem Bereich an der Forschung zu fortschrittlichen Fertigungsmethoden für die Herstellung von SiC-Wafern. Beispielsweise kooperierten die Forscher des National Renewable Energy Laboratory (NREL) im Bereich der fortschrittlichen Fertigung mit Unternehmen und Hochschulen, um die Materialien und Verfahren zur Herstellung von Siliziumkarbid-Wafern (SiC) zu verbessern. Die Akteure konzentrieren sich auf Produktinnovationen und die Entwicklung neuer Produkte, da GaN auf Siliziumkarbid eine attraktive Technologie darstellt. Auch wenn Kanada als Land ohne nennenswerte Elektronik- und Halbleiterindustrie gelten mag, verfügt die Region über einen beträchtlichen Markt für Produkte, die Halbleiter enthalten oder verwenden.

Europa: Wachstumsregion

Für Europa wird im Prognosezeitraum ein jährliches Wachstum von 15,5 % erwartet. Der europäische Kontinent ist ein wichtiger Treiber und Anwender moderner Technologien und beherbergt einige der weltweit bedeutendsten Technologiezentren. Der Markt expandiert aufgrund der zunehmenden Nutzung fortschrittlicher Technologien und Halbleiter in zahlreichen Branchen. Zusätzlich wird der Markt in der Region gestärkt, da ausländische Unternehmen wichtige Komponenten und Wafer an regionale Akteure liefern. Europa, einer der größten Automobilmärkte, ist für einen erheblichen Anteil der weltweiten Automobilproduktion verantwortlich. Die ACEA schätzt, dass in der Region jährlich mehr als 19,2 Millionen Pkw, Transporter, Lkw und Busse produziert werden. Rund 309 Fahrzeugmontage- und Produktionsstätten werden von Automobilherstellern in 27 Ländern der Region betrieben.

Darüber hinaus erwirtschaftet der Sektor in der EU einen Handelsüberschuss von rund 84,4 Milliarden US-Dollar. Der Markt in der Region wird zusätzlich dadurch gestärkt, dass ausländische Unternehmen wichtige Komponenten und Wafer an regionale Firmen liefern. So haben beispielsweise der japanische Waferhersteller Showa Denko KK und das deutsche Halbleiterunternehmen Infineon Technologies AG einen Liefervertrag über eine breite Palette von Siliziumkarbidmaterialien (SiC), einschließlich Epitaxie, unterzeichnet. Dadurch konnte Infineon Technologies AG die steigende Nachfrage nach SiC-basierten Produkten mit mehr Basismaterial decken. Der Vertrag hat eine Laufzeit von zwei Jahren mit der Möglichkeit einer Verlängerung.

Der asiatisch-pazifische Raum dominiert den weltweiten Halbleitermarkt, was durch staatliche Förderprogramme begünstigt wird und ihn zu einer bedeutenden Region im globalen SiC-Wafer-Markt macht. Taiwan, China, Japan und Südkorea vereinen einen beträchtlichen Anteil am globalen Halbleitermarkt auf sich. Gleichzeitig tragen auch Länder wie Thailand, Vietnam, Singapur und Malaysia maßgeblich zur Marktführerschaft der Region bei. Zu den führenden Unternehmen in diesem Gebiet zählt SK Siltron, ein südkoreanischer Halbleiterwafer-Hersteller und einer der fünf größten Wafer-Produzenten weltweit mit einem Jahresumsatz von 1,542 Billionen KRW.

Darüber hinaus stellt die Region einen bedeutenden Markt für erneuerbare Energien dar, insbesondere für Solar- und Windenergie. Der Ausbau der Solarinfrastruktur in der Region, vor allem in Südostasien, wird maßgeblich von den jeweiligen Regierungen gefördert, was die Marktexpansion begünstigt. So erreichte beispielsweise die installierte Kapazität erneuerbarer Energien in Indien (einschließlich Wasserkraftprojekte) Ende des dritten Quartals 2021 147,8 GW, was etwa 38 % des gesamten Strommixes entspricht. Bis 2030 strebt das Land eine installierte Kapazität von 450 GW an erneuerbaren Energien an; mehr als 60 % dieser Kapazität, also rund 280 GW, sollen aus Solarenergie stammen.

Verbindungshalbleiter gewinnen in Lateinamerika zunehmend an Bedeutung. Der wachsende Bedarf der regionalen Automobilindustrie hat die Nachfrage nach Halbleitern in der Region angekurbelt. Mexikos expandierende Automobilproduktion ist auf seinen Industriesektor zurückzuführen. In Zentralmexiko wurden neue Werke für Nissan, Honda und Mazda eröffnet. Diese Unternehmen werden voraussichtlich Elektrofahrzeuge produzieren, was den mexikanischen Halbleitermarkt erweitern könnte. Die Produktion von Elektrofahrzeugen ist ein Wachstumsmarkt in Mexiko und treibt die Nachfrage nach Halbleitern an. Globale Automobilhersteller investieren verstärkt in Mexiko, um dort Werke zur Produktion von Elektrofahrzeugen zu errichten.

So ist Porsche Mexiko beispielsweise laut dem Leiter Netzwerkentwicklung und E-Performance am Aufbau einer elektrischen Infrastruktur und der Produktion von Elektrofahrzeugen in Mexiko beteiligt. Der Konzern plant, bis 2022 mehr als 6 Milliarden Euro in elektrische Infrastruktur und Elektrofahrzeuge zu investieren. Auch General Motors kündigte an, mehr als 1 Milliarde US-Dollar in seinen Produktionsstandort in Ramos Arizpe, Mexiko, zu investieren.